2025 年 1 月 8 日

植物細胞は病気と闘うときに免疫能力を獲得する

ソーク研究所の科学者たちは、植物細胞がまれな免疫状態に入り、病原体と戦い、植物全体に脅威の警報を鳴らすことを発見した。

ソークニュース


植物細胞は病気と闘うときに免疫能力を獲得する

ソーク研究所の科学者たちは、植物細胞がまれな免疫状態に入り、病原体と戦い、植物全体に脅威の警報を鳴らすことを発見した。

ラホヤ — 人体は、切り傷から風邪、がんまで、あらゆるものに反応して、臓器から臓器へと循環する多様な免疫細胞を使って自らを守っています。しかし、植物にはこの贅沢はありません。植物細胞は動かないため、各細胞は太陽光をエネルギーに変換したり、そのエネルギーを使って成長したりするなど、他の多くの役割に加えて、自身の免疫を管理する必要があります。これらのマルチタスク細胞が、脅威を検知し、その脅威を伝え、効果的に反応するというすべてのことをどのように達成しているかは、まだ不明です。

ソーク研究所の科学者による新しい研究により、植物細胞が病原体から身を守るために役割を切り替える仕組みが明らかになりました。脅威に遭遇すると、細胞は特殊な免疫状態に入り、一時的に PRimary IMmunE Responder (PRIMER) 細胞になります。これは、免疫応答を開始するためのハブとして機能する新しい細胞集団です。研究者らはまた、PRIMER 細胞が、バイスタンダー細胞と呼ばれる別の細胞集団に囲まれていることを発見しました。バイスタンダー細胞は、植物全体に免疫応答を伝達するために重要なようです。

に発表された調査結果、 自然 8年2025月XNUMX日に予定されているこの新たな計画により、研究者は植物の免疫システムの理解に一歩近づくことができます。これは、感染症の拡大を加速させる抗菌薬耐性と気候変動の脅威が高まる中、ますます重要な課題となっています。

病原体に感染した植物の葉の断片における遺伝子発現を視覚化したもの。
病原体に感染した植物の葉の断片における遺伝子発現を視覚化したもの。
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クレジット:Salk Institute

「自然界では、植物は 絶えず 攻撃から身を守るためには、免疫システムが適切に機能している必要がある」と教授は言う。 ジョゼフ・エッカー、この研究の主任著者であり、ソーク国際評議会の遺伝学委員長、ハワード・ヒューズ医学研究所の研究員である。「しかし、植物は人間のように移動可能な特殊な免疫細胞を持っていません。植物は、すべての細胞が他の役割を犠牲にすることなく免疫攻撃に反応できる、まったく異なるシステムを考案する必要があります。これまで、植物がこれをどのように達成しているかはよくわかっていませんでした。」

植物は、葉の表面の孔から侵入する細菌や、植物の「皮膚」細胞に直接侵入する菌類など、さまざまな病原体に遭遇します。植物細胞は固定されているため、これらの病原体に遭遇すると、細胞が単独で反応し、近くの細胞に警告を発します。細胞が固定されていることによるもう 1 つの興味深い副作用は、さまざまな病原体がさまざまな場所と時間に植物に侵入し、植物全体でさまざまな免疫応答段階が同時に発生する可能性があることです。

感染した植物は、タイミング、場所、反応状態などさまざまな要因が絡み合って、理解するのが難しい生物です。これに対処するため、ソーク研究チームは、時間分解単一細胞マルチオミクスと空間トランスクリプトミクスという 2 つの高度な細胞プロファイリング技術を採用しました。この 2 つを組み合わせることで、研究チームは、前例のない時空間解像度で各細胞の植物免疫反応を捉えることができました。

「これらの希少なPRIMER細胞とその周囲の傍観細胞の発見は、植物細胞が日々直面する多くの外的脅威から生き残るためにどのようにコミュニケーションしているかについての大きな洞察です」と、エッカー研究室の元ポスドク研究員で、現在は英国のセインズベリー研究所のグループリーダーである筆頭著者の登達也氏は言う。

左から:ジョセフ・エッカー氏と登達也氏。
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クレジット:Salk Institute

研究チームは、細菌病原体を シロイヌナズナ—研究のモデルとしてよく使われるアブラナ科の花を咲かせる雑草。次に、植物の反応を分析して、感染時の各細胞の状態を包括的に特定しました。その過程で、特定の免疫ホットスポットの細胞に現れる、PRIMER と名付けた新しい免疫反応状態を発見しました。PRIMER 細胞は、GT-3a と呼ばれる新しい転写因子 (遺伝子発現を制御するタンパク質の一種) を発現しました。これは、植物の免疫反応が活発であることを他の細胞に知らせるための重要な上流アラームであると考えられます。

さらに、これらの PRIMER 細胞の周囲の細胞も同様に重要であることが判明しました。「バイスタンダー細胞」と呼ばれる、PRIMER 細胞のすぐ隣にある細胞は、長距離の細胞間通信を可能にする遺伝子を発現していました。研究者たちは、今後の研究でこの関係を解明する予定ですが、当面は、PRIMER 細胞とバイスタンダー細胞の相互作用が葉全体に免疫反応を伝播する鍵であると考えています。

植物の免疫反応に関するこの新しい時空間的、細胞特異的な洞察は すでに参照データベースとして利用可能 世界中の研究者にとって、このデータベースは、気候に関連した環境の変化や抗生物質耐性の増加により病原体が進化し、広がり続ける中で、健康な植物や作物で満たされた未来を守るための重要な足がかりとなります。

「最近、詳細な細胞アトラスへの関心と需要が高まっています。そのため、他の研究者が使用できるように公開できる新しいアトラスを作成できることを嬉しく思っています」とエッカー氏は言う。「私たちのアトラスは、個々の植物細胞が環境ストレスにどのように反応するかについて多くの新しい発見につながる可能性があり、これは気候に強い作物を作るために非常に重要です。」

他の著者には、ソーク研究所のジョセフ・ネリー氏、ソーク研究所とカリフォルニア大学サンディエゴ校のアレクサンダー・モネル氏、ソーク研究所とハワード・ヒューズ医学研究所のトラビス・リー氏、日本の京都大学の坂田由香氏、白浜翔馬氏、峯明氏が含まれます。

この研究はハワード・ヒューズ医学研究所とヒューマン・フロンティア・サイエンス・プログラムの支援を受けて行われた。

DOI: 10.1038 / s41586-024-08383-z

出版情報

ジャーナル

自然

TITLE

植物免疫における稀なプライマー細胞状態

作者

登達也、アレクサンダー・モネル、トラヴィス・A・リー、坂田有香、白浜翔馬、ジンティアン・ジョウ、ジョゼフ・ネリー、峰アキラ、 ジョセフ・R・エッカー

研究分野

詳細については

通信局
電話:(858)453-4100
press@salk.edu

ソーク生物学研究所:

生命そのものの秘密を解き明かすことが、ソーク研究所の原動力です。 受賞歴のある世界クラスの科学者からなる当社のチームは、神経科学、がん研究、老化、免疫生物学、植物生物学、計算生物学などの分野で知識の限界を押し広げています。 最初の安全で効果的なポリオ ワクチンの開発者であるジョナス ソークによって設立されたこの研究所は、独立した非営利研究組織であり、建築上のランドマークでもあります。選択により小規模で、本質的に親密で、どんな困難にも恐れることはありません。