Comprendre les interactions entre les pathogènes des plantes à l'aide de méthodes spatiales et uniques

Biologie des communications volume 6, Numéro d'article : 814 (2023) Citer cet article

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Les plantes sont en contact avec divers agents pathogènes et micro-organismes. Des recherches intenses au cours des 30 dernières années ont abouti à l'identification de multiples récepteurs immunitaires chez les espèces modèles et cultivées, ainsi qu'à un chevauchement des signaux dans les récepteurs immunitaires localisés en surface et intracellulaires. Cependant, les scientifiques ont encore une compréhension limitée de la façon dont les plantes réagissent à divers agents pathogènes avec une résolution spatiale et cellulaire. Les progrès récents dans les technologies unicellulaires, mononucléaires et spatiales peuvent désormais être appliqués aux interactions plantes-pathogènes. Nous décrivons ici l’état actuel de ces technologies et mettons en évidence les questions biologiques en suspens qui pourront être abordées à l’avenir.

Les plantes peuvent être infectées par divers organismes pathogènes qui modulent les cellules hôtes pour permettre leur croissance et leur dissémination. Les agents pathogènes déploient diverses stratégies de manipulation qui peuvent varier au cours de l’infection. Ces stratégies comprennent la suppression des défenses des plantes ainsi que le déploiement de toxines et d'enzymes dégradantes pour faciliter la colonisation et la libération de nutriments1. Certains agents pathogènes peuvent pénétrer et envahir directement les tissus végétaux, tandis que d’autres pénètrent par des blessures ou des ouvertures naturelles. Les agents pathogènes à transmission vectorielle peuvent être délivrés directement dans les tissus vasculaires par différents groupes d’insectes piqueurs-suceurs. Chaque mécanisme d’invasion tissulaire met l’agent pathogène en contact avec différents types de cellules et de tissus1,2,3.

Des stades distincts d’infection pathogène sont observés simultanément dans une feuille4. La distribution des agents pathogènes dans les plantes n'est pas homogène, générant un développement inégal des symptômes5,6,7. La plupart des études antérieures portant sur les interactions plantes-pathogènes ont été réalisées sur des plantes entières ou sur des types de tissus complexes. Il existe des différences significatives entre les réponses d'une seule cellule et celles des tissus entiers, ce qui suggère que la réponse observée au niveau tissulaire est une moyenne des oscillations se produisant entre les cellules ciblées par l'agent pathogène et celles non ciblées. Les progrès technologiques récents permettent aux scientifiques d’étudier les réponses des plantes et des agents pathogènes à une résolution unicellulaire ou dans un contexte spatial9,10,11. Ces progrès faciliteront une compréhension plus holistique des réponses cellulaires et de la variabilité au sein d’un tissu.

Les plantes possèdent un système immunitaire inné, composé de récepteurs de reconnaissance de formes localisés en surface (PRR) et de récepteurs de répétition riches en leucine (NLR) intracellulaires se liant aux nucléotides12. Les PRR peuvent reconnaître des modèles moléculaires conservés associés aux microbes et aux dommages (MAMP et DAMP, respectivement), ce qui entraîne une immunité déclenchée par le PRR (PTI). Les récepteurs immunitaires NLR des plantes reconnaissent les effecteurs pathogènes sécrétés à l’intérieur des cellules, induisant une immunité déclenchée par les effecteurs (ETI)12. Bien que les PRR et les NLR soient structurellement distincts et puissent reconnaître différents composants pathogènes, ils partagent un chevauchement significatif dans la signalisation en aval, comme les cascades de protéines kinases activées par les mitogènes (MAPK), le flux de calcium, une explosion d'espèces réactives de l'oxygène (ROS), la reprogrammation transcriptionnelle, et la signalisation des phytohormones13. Récemment, il a été démontré que le PTI et l’ETI se renforcent mutuellement pour assurer une résistance robuste14,15. Les progrès des technologies unicellulaires et spatiales ont le potentiel d’élucider les réponses cellulaires dans les cellules adjacentes et ciblées par les agents pathogènes.

Bien que la signalisation immunitaire ait été largement étudiée, les scientifiques ne comprennent toujours pas l’expression spatiale des récepteurs immunitaires dans divers tissus végétaux. Pendant de nombreuses années, nous avons supposé que toutes les cellules végétales étaient immunocompétentes. Récemment, il a été démontré que seul un sous-ensemble restreint de zones racinaires d'Arabidopsis répondait directement à la flagelline MAMP en l'absence de dommages . Une caractérisation détaillée des cellules végétales compétentes en réponse au cours du processus d’infection est nécessaire pour comprendre les mécanismes qui régulent la progression de la maladie.