死にゆく植物細胞は、健康な細胞に警告を発して病気から身を守る

2023年2月21日

死にゆく植物細胞は、健康な細胞に警告を発して病気から身を守る

https://phys.org/news/2023-02-dying-cells-healthy-disease.html

デューク大学 R. A. Smith著

グラフの要旨。クレジット：Cell Host & Microbe (2023). DOI: 10.1016/j.chom.2023.01.014
死に際の決起集会」「最後のあがき」--生物が死の直前、不思議と元気になることはよくあることだ。植物も、少なくとも細胞レベルではそうであることが判明した。

新しい研究によれば、病気にかかった植物細胞は、生命が衰える前にタンパク質生成装置を起動させ、最後の死を迎える前に立ち上がることが明らかになった。デューク大学生物学部のXinnian Dong教授によれば、この終末期の高まりには重要な目的があり、実は植物の残りの部分を健康に保つのに役立つのだという。

Dong教授らは、『Cell Host & Microbe』誌の2月17日号に、この終末期における細胞の活性化の原動力を明らかにした。

庭の手入れをしたことのある人なら誰でも、また、悲しげな観葉植物を蘇らせようとしたことのある人なら誰でも、人間と同じように植物も病気になることがあることをご存じだろう。

実際、小麦、米、トウモロコシなど、我々が食用としている作物の15%以上が、真菌やバクテリアなどの植物病原菌によって失われ、毎年2200億ドルの損失が発生しているのである。

幸いなことに、植物には病気と闘うための防御システムが備わっています。しかし、人間や他の動物とは異なり、植物には血液の中を移動して侵入者を探し出し、破壊する特殊な殺菌細胞はないのです。植物細胞は動き回ることができないので、感染症に対処するために、別の防御戦略をとります。

植物が微生物による攻撃を受けたことを感知すると、感染部位の細胞が自らを犠牲にして、病気が他の組織に広がるのを防ぐのである。

今回、研究チームは、Pseudomonas syringaeという細菌性病原体に感染したシロイヌナズナの葉の細胞内で、生命維持に必要な分子であるタンパク質の産生量の変化を測定した。

研究チームは、病気にかかった植物細胞が自己破壊する前に、そのタンパク質生産装置が驚くべき働きをすることを発見した。

「細胞は死ぬ前に、植物の残りの部分を助けるために、実際に大量のタンパク質を生産するのです」と董は言う。絶体絶命の危機に瀕した細胞は、「もうだめだ、助かるんだぞ」という救難信号を発しているのです。

健康な組織の免疫系を活性化させるために、植物の他の部分に "我々は攻撃を受けている "という信号を送っているのです」と、ドングは語った。

Dong教授らは、デューク大学の博士研究員Tianyuan Chen氏とGuoyong Xu氏（現武漢大学教授）と共に、感染した植物細胞が自らの破滅を招く前に、どのようにしてこの「最後の別れ」をするのかを解明しようとした。

遺伝子スクリーニングにより、彼らはCDC123という植物タンパク質を特定した。このタンパク質は、ATPというエネルギー輸送分子が増加するにつれて、翻訳というプロセスを開始させるのである。

CDC123の変異型を持つ植物では、感染した細胞が死ぬ前にタンパク質を作り出すことができなくなり、植物がP. syringae細菌を寄せ付けないようにすることもできなくなることを発見したのだ。

植物免疫の分子基盤を30年以上にわたって研究してきた董博士は、「植物の病害抵抗性の本当の原因の解明に一歩近づきました」と語っている。

研究チームは、シロイヌナズナで発見したことをイネなどの経済的に重要な作物に応用することで、収量を落とさずに病害抵抗性を高めることができるのではないかと期待している。

同じCDC123タンパク質が、酵母やヒトなど他の生物種でも翻訳に必要であることから、植物以外でも同様のメカニズムが働いている可能性があると、Dong研究員は指摘する。

例えば、動物では、微生物の感染によって、免疫系に警告を発するパイロプトーシスという細胞自己破壊が引き起こされることがある。この種の細胞死においても、同様の「死の床での結集」が起こるかどうかは、まだ検証されていない。

詳細はこちら。Tianyuan Chen et al, Global translational induction during NLR-mediated immunity in plants is dynamically regulated by CDC123, an ATP-sensitive protein, Cell Host & Microbe (2023). DOI: 10.1016/j.chom.2023.01.014

ジャーナル情報 Cell Host & Microbe（セルホスト＆マイクロビー

提供：デューク大学

さらに詳しく

植物は、侵入者と戦うために細胞を再プログラムする。その仕組みは以下の通り。
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