Nieuwe staat van immuniteit
Planten moeten het stellen zonder rondreizende immuuncellen. Bij infectie zetten plantencellen zelf hun verdediging op. Nu laten Amerikaanse wetenschappers in Nature zien dat tijdens een infectie in planten groepen cellen zich specialiseren tot immuuncellen.
Er is veel kennis over hoe een plant een immuunreactie opgang brengt na een infectie. Maar tot nu toe was het onduidelijk welke cel wat precies doet. Dit heeft voornamelijk een technologische oorzaak. Tot voor kort was het op grote schaal volgen van genen en eiwitten niet op celniveau mogelijk. Bij het bemonsteren van geïnfecteerd weefsel had de onderzoeker al snel meerdere celtypen in handen.
Met de opkomst van single-cel-sequencen is daar verandering in gekomen. Om te bestuderen welke celtypen een immuun reactie op gang brengen infecteerde de onderzoekers bladeren met een immuunreactie onderdrukkende en immuunreactie opwekkende bacteriën. Vervolgens bemonsterde de onderzoekers deze bladeren op verschillende tijdstippen na het infecteren. De cellen uit de bemonsterde bladeren scheiden de onderzoekers vervolgens eerst voordat ze de genen die aanstaan identificeren.
Tijdens een infectie specialiseren cellen zich om verschillende onderdelen van de immuunreactie uit te voeren
Na het identificeren van de actieve genen, groepeerde de onderzoekers de cellen aan de hand van zogenaamde marker-genen voor specifieke celtypen. Zo ontstonden er groepen voor onder andere vaatbundelcellen, epidermiscellen en bladmoescellen. Hierbij viel al op dat voor sommige celtypen er groepen met en zonder geactiveerde immuunrespons genen waren.
Maar om alle groepjes cellen met een opgestarte immuunreactie er uit te kunnen vissen waar deelde de onderzoekers de gemaakte groepen verder op in subgroepen. Zo ontdekte ze dat er een groep vaatbundel cellen was die zich bezighield met het verzenden van een immuunparaatheidssignaal naar de rest van de plant.
Al gaf dit alles de onderzoekers al veel nieuwe informatie, het vertelde nog niet waar in het blad ten opzichte van de infectie de cellen die een immuunrespons opgang zetten lagen. Om dit te kunnen doen wende de onderzoekers tot een andere nieuwe techniek.
Hiervoor brachten de onderzoekers voor 500 geselecteerde genen in beeld waar precies in het blad deze genen aanstaan. Dit deden de onderzoekers voor zowel geïnfecteerde als niet-geïnfecteerde bladeren.
Direct op de plaats van infectie herprogrammeren cellen zich tot een PRIMER-staat
Vervolgens combineerde de onderzoekers de resultaten van deze twee grote experimenten. Aan de hand van waar de 500 geselecteerde genen aan stonden in het blad konden de onderzoekers bepalen tot welke subgroep uit het eerste experiment een bepaalde cel behoorde.
Het opvallendste wat de onderzoekers zagen was dat rond de plaats van infectie er twee ringen van cellen zijn. De cellen in de binnenste kring, direct om de plaats van infectie heen, noemde de onderzoekers PRIMER-cellen. In deze cellen staan genen aan waarvan bekend is dat ze de immuunreactie onderdrukken. Dus het is nog niet helemaal duidelijk wat de PRIMER-cellen precies doen. Maar hun hoofdtaak lijkt het zorgen dat de verdediging in de cellen direct om hun heen opgang komt. Deze buitenste ring, de zogenaamde bijstander cellen, zijn onder andere bezig om de rest van de plant voor een infectie te waarschuwen.
Zo laten de onderzoekers zien dat in planten tijdens een infectie cellen zich herprogrammeren tot verschillende soorten immuuncellen. Elk met hun eigen taak. Verder bevat dit onderzoek een schat aan data over hoe planten dit regelen die onderzoekers nog verder kunnen uitpluizen.
Literatuur
Nobori, T., Monell, A., Lee, T.A. et al. A rare PRIMER cell state in plant immunity. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-024-08383-z
Plant en Zo 