공간 및 단일을 이용한 식물 병원체 상호 작용 이해

커뮤니케이션 생물학 6권, 기사 번호: 814(2023) 이 기사 인용

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식물은 다양한 병원체 및 미생물과 접촉합니다. 지난 30년에 걸친 집중적인 조사를 통해 모델과 작물 종에서 다중 면역 수용체가 확인되었을 뿐만 아니라 표면에 국한된 면역 수용체와 세포내 면역 수용체에서 신호 중복이 확인되었습니다. 그러나 과학자들은 식물이 어떻게 공간적, 세포적 해상도로 다양한 병원체에 반응하는지에 대해 제한된 이해를 갖고 있습니다. 단일 세포, 단일 핵 및 공간 기술의 최근 발전은 이제 식물-병원체 상호 작용에 적용될 수 있습니다. 여기에서는 이러한 기술의 현재 상태를 간략하게 설명하고 미래에 해결될 수 있는 뛰어난 생물학적 문제를 강조합니다.

식물은 숙주 세포를 조절하여 성장과 전파를 가능하게 하는 다양한 병원성 유기체에 의해 감염될 수 있습니다. 병원체는 감염 과정에서 달라질 수 있는 다양한 조작 전략을 사용합니다. 이러한 전략에는 식물 방어 억제뿐만 아니라 독소 및 분해 효소를 배치하여 군집화 및 영양분 방출을 촉진하는 것이 포함됩니다1. 일부 병원체는 식물 조직에 직접 침투하여 침입할 수 있는 반면, 다른 병원체는 상처나 자연적 개구부를 통해 침투합니다. 벡터 매개 병원체는 다양한 그룹의 관통 흡인 곤충에 의해 혈관 조직으로 직접 전달될 수 있습니다. 조직 침입의 각 메커니즘은 병원체가 다른 세포 및 조직 유형과 접촉하게 만듭니다1,2,3.

뚜렷한 병원체 감염 단계가 잎에서 동시에 관찰됩니다4. 식물의 병원체 분포는 균질하지 않아 불평등한 증상 발달을 유발합니다5,6,7. 식물-병원체 상호작용을 조사하는 대부분의 이전 연구는 전체 식물 또는 복잡한 조직 유형을 사용하여 수행되었습니다. 단일 세포 반응과 전체 조직 반응 사이에는 상당한 차이가 있으며, 이는 조직 수준에서 관찰된 반응이 병원체 표적 세포와 비표적 세포 사이에서 발생하는 진동의 평균임을 시사합니다8. 최근의 기술 발전으로 과학자들은 단일 세포 해상도 또는 공간적 맥락에서 식물 및 병원체 반응을 조사할 수 있습니다9,10,11. 이러한 발전은 세포 반응과 조직 내 다양성에 대한 보다 전체적인 이해를 촉진할 것입니다.

식물은 표면에 국한된 패턴 인식 수용체(PRR)와 세포내 뉴클레오티드 결합 류신이 풍부한 반복 수용체(NLR)로 구성된 타고난 면역 체계를 가지고 있습니다. PRR은 보존된 미생물 및 손상 관련 분자 패턴(각각 MAMP 및 DAMP)을 인식하여 PRR 유발 면역(PTI)을 생성할 수 있습니다. 식물 NLR 면역 수용체는 세포 내부에 분비된 병원체 이펙터를 인식하여 이펙터 유발 면역(ETI)을 유도합니다. PRR과 NLR은 구조적으로 구별되고 서로 다른 병원체 구성 요소를 인식할 수 있지만 MAPK(미토겐 활성화 단백질 키나제) 캐스케이드, 칼슘 플럭스, 활성 산소종(ROS)의 폭발, 전사 재프로그래밍과 같은 하류 신호 전달에서 상당한 중복을 공유합니다. 및 식물호르몬 신호전달13. 최근에는 PTI와 ETI가 상호 강화되어 강력한 저항을 매개하는 것으로 나타났습니다14,15. 단일 세포 및 공간 기술의 발전은 병원체 표적 세포와 인접 세포의 세포 반응을 밝힐 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

면역 신호 전달이 광범위하게 연구되었지만 과학자들은 다양한 식물 조직에 걸쳐 면역 수용체의 공간적 발현에 대한 이해가 여전히 부족합니다. 수년 동안 우리는 모든 식물 세포가 면역 능력이 있다고 가정했습니다. 최근에는 애기장대 뿌리 영역의 제한된 하위 집합만이 손상 없이 플라젤린 MAMP에 직접 반응한다는 것이 입증되었습니다. 질병 진행을 조절하는 메커니즘을 이해하려면 감염 과정에서 반응 능력이 있는 식물 세포의 상세한 특성 분석이 필요합니다.