Клетки растений приобретают иммунные функции для борьбы с болезнями

Человеческий организм защищается с помощью подвижных специализированных иммунных клеток. Клетки растений неподвижны, поэтому каждая из них должна самостоятельно обеспечивать свою защиту, одновременно выполняя другие функции (например, фотосинтез). Как им это удаётся, было неясно.

Исследователи из Института Солка обнаружили, что при встрече с патогеном клетки растений переключаются в специализированное иммунное состояние. Они временно становятся клетками нового типа — PRIMER (PRimary IMmunE Responder). Эти клетки выступают в качестве центра, инициирующего иммунный ответ.

Также было обнаружено, что клетки PRIMER окружены другой популяцией — «клетками-наблюдателями» (bystander cells). Они, вероятно, важны для передачи иммунного сигнала по всему растению.

Результаты, опубликованные в журнале Nature 8 января 2025 года, приближают учёных к пониманию иммунной системы растений. Это особенно важно в условиях роста устойчивости патогенов и изменения климата, которые усиливают распространение инфекций.

Методы и открытия

Для изучения сложного иммунного ответа, который может протекать на разных стадиях одновременно в разных частях растения, команда использовала два метода профилирования клеток:

• time-resolved single-cell multiomics

• spatial transcriptomics

Это позволило с беспрецедентным пространственно-временным разрешением отследить реакцию каждой клетки.

Учёные заразили бактериальным патогеном листья растения-модели Arabidopsis thaliana. Анализ выявил новое иммунное состояние — PRIMER, которое возникало в клетках в специфических иммунных «горячих точках».

Клетки PRIMER экспрессировали новый фактор транскрипции GT-3a, который, вероятно, является важным сигналом тревоги для других клеток.

Окружающие их «клетки-наблюдатели» экспрессировали гены, обеспечивающие дальнюю межклеточную коммуникацию. Взаимодействие между этими двумя типами клеток, предположительно, является ключом к распространению иммунного ответа по листу.

Значение исследования

Полученные данные уже доступны в виде публичной референсной базы данных (cell atlas) для исследователей по всему миру. Этот ресурс может стать основой для новых открытий о том, как отдельные клетки растений реагируют на стрессоры, что критически важно для создания более устойчивых к климату сельскохозяйственных культур.