Fusarium xylarioides, o ciupercă din sol provoacă „boala ofilirii cafelei” care are o istorie de a cauza daune semnificative culturilor de cafea. Au existat focare de boală în anii 1920 care au fost gestionate corespunzător. Cu toate acestea, boala a revenit la timp, ducând la focare care au cauzat daune grave culturilor. Studiile anterioare au indicat că specia fungică cauzatoare ar fi putut evolua prin dobândirea de gene de la speciile înrudite. Un studiu publicat la 5 decembrie 2024 a confirmat că reapariția focarelor de ofilire a cafelei s-a datorat transferurilor de gene orizontale de la specia fungică înrudită Fusarium oxysporum la specia cauzală Fusarium xylarioides, care a permis speciilor de ciupercă cauzală să evolueze și să dobândească un mediu adecvat. trăsături de infectare a culturilor care duc la reapariția focarelor și deteriorarea plantelor de cafea.
În inginerie genetică, o nouă genă sau ADN este transferată artificial în celula unui organism folosind vectori precum plasmidele sau virușii modificați pentru a introduce noi capacități unui organism.
În natură, transferul de gene sau transmiterea informațiilor genetice are loc în reproducerea verticală de la părinți la descendenți în generații. Aceasta este o caracteristică comună la eucariote care le permite să dobândească variații pentru adaptare și evoluție. La procariote, cum ar fi în bacterii, totuși, materialele genetice sunt transferate orizontal (sau lateral) între organisme din aceeași generație fără a implica reproducerea. Acest lucru se numește transfer orizontal de gene (HGT) și este singurul mod în care bacteriile pot dobândi noi gene pentru a se adapta la presiunile de selecție negative și a evolua pentru supraviețuire. Acest lucru se poate întâmpla prin transferul de ADN din mediu și integrarea acestuia în cromozomul sau plasmidă bacteriană (transformare). Genele pot fi, de asemenea, transferate orizontal de la o bacterie la alta prin virusuri sau bacteriofagi care infectează bacterii (transducție), sau prin transferul orizontal direct al genelor de la o celulă bacteriană donatoare la o celulă primitoare prin sex pilus (conjugare).
Deși observat predominant la procariote, transferul de gene orizontal este asociat și cu eucariote. Se știe că endosimbioza a jucat un rol în evoluția eucariote prin transferul de gene bacterii-eucariote. Au fost documentate mai multe cazuri de transfer de gene eucariote-eucariote.
Fenomenul de transfer orizontal al genelor este semnificativ deoarece contribuie la evoluție. De exemplu, acesta este responsabil pentru dezvoltarea tulpinilor de bacterii rezistente la antibiotice/multidrog-rezistente, care este o problemă majoră de sănătate publică. În agricultură, rolul transferului orizontal al genelor între speciile de ciuperci înrudite a fost mult timp suspectat în reapariția focarelor de ofilire a cafelei.
Boala de ofilire a cafelei
Cafeaua este o cultură comercială importantă. Dimensiunea pieței sale globale este estimată la aproximativ 223 de miliarde de dolari. Planta de cafea aparține genului Coffea. Are multe specii, dar speciile Arabica și Robusta sunt cele mai populare, reprezentând cea mai mare parte a producției globale. cafea arabica reprezintă 60–80% din producția mondială de cafea, în timp ce Coffea canephora (cunoscută în mod obișnuit ca Coffea robusta) reprezintă aproximativ 20-40%.
Boala ofilirii cafelei este cauzată de o ciupercă din sol Fusarium xylarioides care câștigă intrarea prin rădăcinile culturii pentru a coloniza xilemul degradând pereții celulari pentru nutrienți. Blochează absorbția de apă, ceea ce duce la ofilirea plantelor. Ciuperca aferentă Fusarium oxysporum este, de asemenea, un agent patogen din sol care se răspândește prin solul infestat și este responsabil pentru boala de ofilire în multe culturi, cum ar fi boala Panama la banane, ofilirea vasculară a tomatelor etc. F. oxysporum trăiește pe alte plante (cum ar fi banana) intercalate cu cafeaua pentru umbră, dar împarte cafeaua ca gazdă cu F. xylarioides.
Începând cu anii 1920, culturile de cafea din Africa au suferit focare periodice de boală ofilită cu impact dăunător asupra cafelei. producere și mijloacele de trai ale fermierilor, în special în Etiopia și Africa centrală. Cele mai timpurii focare din anii 1920 au fost gestionate cu succes folosind mijloace adecvate, dar boala a reapărut în anii 2000. A făcut ciuperca cauzatoare Fusarium xylarioides a suferit o evoluție după focarele inițiale din anii 1920, astfel încât să sporească capacitatea de a infecta plantele de cafea, ceea ce duce la reapariția focarelor? Au existat indicii din studii că F. xylarioides gene dobândite pentru a spori capacitatea de a infecta.
Studiul istoric de genomică publicat în 2021 a susținut ideea că plantele de cafea arabica și robusta au dobândit parțial gene efectoare distincte prin transfer orizontal de la F. oxysporum. Genele efectoare codifică molecule implicate în apariția bolii. Aceste gene sunt exprimate pe tot parcursul ciclului de viață al ciupercilor pentru a sprijini procesul de îmbolnăvire.
În studiul recent publicat la 5 decembrie 2024, cercetătorii au efectuat analize genomice comparative a 13 tulpini istorice de F. oxysporum pentru a înțelege cum a evoluat și s-a adaptat plantelor de cafea gazdă a ciupercilor care provoacă boala ofilită. S-a constatat că F. Xylarioides are patru descendențe distincte: una adaptată la plantele de cafea arabica, una adaptată la plantele de cafea robusta și două linii istorice care au trăit pe specii de cafea înrudite. Mai mult, aceste tulpini au dobândit gene critice de la cele înrudite F. oxysporum, care a permis boala cauzatoare F. xylarioides pentru a sparge pereții celulari ai plantelor de cafea pentru a provoca boala de ofilire. Transferul orizontal al genei eucariote-eucariote din F. oxysporum la F. xylarioides a permis celor dintâi să infecteze eficient plantele de cafea făcând posibilă reapariția bolii ofilirii cafelei.
Această înțelegere a modului în care este cauzată boala poate fi utilă pentru a ajusta practicile agricole și pentru a gestiona mai eficient bolile plantelor.
***
Referinte:
- Universitatea din Colorado Denver. Transferul de gene orizontale – ghid de activitate. Disponibil la https://www.ucdenver.edu/docs/librariesprovider132/a-sync_sl/genetics/upload-2/bacterial-genetics/horizontal-gene-transfer-activity-guide.pdf
- Keeling, P., Palmer, J. Transferul orizontal al genelor în evoluția eucariote. Nat Rev Genet 9, 605–618 (2008). https://doi.org/10.1038/nrg2386
- Peck, LD, și colab. Genomica istorică dezvăluie mecanismele evolutive din spatele focarelor multiple ale agentului patogen al ofilării cafelei Fusarium xylarioides specific gazdei. BMC Genomics 22, 404 (2021). Publicat: 04 iunie 2021. DOI: https://doi.org/10.1186/s12864-021-07700-4
- Peck LD și colab. Transferurile orizontale între speciile fungice Fusarium au contribuit la izbucnirea succesivă a bolii ofilării cafelei. Biologie PLoS. Publicat: 5 decembrie 2024. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002480
***
