区画化プロセスのカーテンの向こう側。維管束病原体の抵抗性に影響を与える木部の血管径を探る

Behind the Curtain of the Compartmentalization Process: Exploring How Xylem Vessel Diameter Impacts Vascular Pathogen Resistance.

• Jérôme Pouzoulet
• Philippe E Rolshausen
• Rémi Charbois
• Jinliang Chen
• Sabine Guillaumie
• Nathalie Ollat
• Gregory A Gambetta
• Chloé E L Delmas

抄録

植物の維管束感染に対する抵抗性を決定づける重要な要素は、宿主が侵入者を木部レベルでうまく区画化できるかどうかにあります。維管束系の構造的特性が宿主の維管束病原体に対する脆弱性に影響を与えるという証拠が増えてきている。本研究の目的は、ブドウ菌とファエモニエラ・クラミドスポラとの相互作用をモデル系として用いて、木部の血管径がコンパートメンテーション効率、ひいては血管病原体の移動に与える影響について、さらなる知見を得ることであった。その結果、直径が100μmを超えると、宿主組織の平均感染レベルが高くなることが実験的に示された。このベンチマークは、Vitisの遺伝子型内でも、また遺伝子型間でも検証された。感染時に血管カンビウムの完全性を回復させる能力は遺伝子型によって大きく異なっていたが，この特性は木部レベルでの病原体の移動を阻害する能力とは相関しなかった。挿し木の感染度が遺伝子型の感受性の範囲にわたって分布していることから，リスクに基づいたメカニズムが関与していることが示唆された。この実験データを用いて、病原体の伝播の機械論的確率モデルを校正し、与えられた木部容器内での区画化プロセスの効率が、その直径の関数であることを示す証拠を提供した。

A key determinant of plant resistance to vascular infections lies in the ability of the host to successfully compartmentalize invaders at the xylem level. Growing evidence supports that the structural properties of the vascular system impact host vulnerability towards vascular pathogens. The aim of this study was to provide further insight into the impact of xylem vessel diameter on compartmentalization efficiency and thus vascular pathogen movement, using the interaction between Vitis and Phaeomoniella chlamydospora as a model system. We showed experimentally that an increased number of xylem vessels above 100 μm of diameter resulted in a higher mean infection level of host tissue. This benchmark was validated within and across Vitis genotypes. Although the ability of genotypes to restore vascular cambium integrity upon infection was highly variable, this trait did not correlate with their ability to impede pathogen movement at the xylem level. The distribution of infection severity of cuttings across the range of genotype's susceptibility suggests that a risk-based mechanism is involved. We used this experimental data to calibrate a mechanistic stochastic model of the pathogen spread and we provide evidence that the efficiency of the compartmentalization process within a given xylem vessel is a function of its diameter.

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