Fusarium xylarioides, габа што се пренесува преку почвата предизвикува „болест на венеење на кафето“ која има историја на предизвикување значителни штети на посевите на кафето. Имаше епидемии на болеста во 1920-тите кои беа соодветно управувани. Сепак, болеста повторно се спои во догледно време, што доведе до епидемии што предизвикаа сериозни штети на земјоделските култури. Претходните студии покажаа дека предизвикувачкиот габичен вид можеби еволуирал со стекнување гени од сродни видови. Студијата објавена на 5 декември 2024 година потврди дека повторното појавување на епидемии на венеење на кафето се должи на хоризонталните трансфери на гени од сродниот габичен вид Fusarium oxysporum до предизвикувачкиот вид Fusarium xylarioides, што овозможило предизвикувачкиот габичен вид да еволуира и да стекне соодветни особини за инфицирање на културите што доведуваат до повторно појавување на епидемии и оштетување на растенијата за кафе.
Во генетскиот инженеринг, новиот ген или ДНК вештачки се пренесува во клетката на организмот со помош на вектори како што се плазмиди или модифицирани вируси за воведување нова способност на организмот.
Во природата, преносот на гените или преносот на генетските информации се одвива при репродукција вертикално од родителите до потомците по генерации. Ова е вообичаена карактеристика кај еукариотите што им овозможува да стекнат варијации за адаптација и еволуција. Меѓутоа, кај прокариотите, како кај бактериите, генетските материјали се пренесуваат хоризонтално (или странично) помеѓу организмите од истата генерација без да се вклучи репродукцијата. Ова се нарекува хоризонтален трансфер на гени (HGT) и е единствениот начин на кој бактериите можат да стекнат нови гени за да се прилагодат на негативните притисоци на селекција и да еволуираат за да преживеат. Ова може да се случи со трансфер на ДНК од околината и нејзина интеграција во бактериски хромозом или плазмид (трансформација). Гените, исто така, може да се пренесат хоризонтално од една бактерија во друга со вирус или бактериофаги што ги инфицираат бактериите (трансдукција), или со директен хоризонтален трансфер на гени од донорска бактериска клетка до клетка примател преку секс пилус (конјугација).
Иако доминантно е забележан кај прокариотите, хоризонталниот трансфер на гени е поврзан и со еукариотите. Познато е дека ендосимбиозата играла улога во еукариотската еволуција преку трансферот на генот бактерии-еукариоти. Документирани се неколку случаи на трансфер на еукариот-еукариот ген.
Феноменот на хоризонтален трансфер на гени е значаен бидејќи придонесува за еволуцијата. На пример, ова е одговорно за развој на соеви на бактерии отпорни на антибиотици/резистентни на повеќе лекови, што е главен проблем за јавното здравје. Во земјоделството, улогата на хоризонталниот трансфер на гени помеѓу сродните габични видови долго време се сомнева во повторното појавување на епидемии на болест на венеење на кафето.
Болест на венеење на кафе
Кафето е важна комерцијална култура. Неговата големина на глобалниот пазар се проценува на околу 223 милијарди долари. Растението кафе припаѓа на родот Coffea. Има многу видови, но видовите Арабика и Робуста се најпопуларните кои го опфаќаат најголемиот дел од глобалното производство. Кафе арабика сочинува 60–80% од светското производство на кафе, додека Канефора за кафе (попозната како Coffea Robusta) изнесува околу 20-40%.
Болеста на венеењето на кафето е предизвикана од габа што ја пренесува почвата Fusarium xylarioides кој добива влез преку корените на културата за да ја колонизира ксилемата деградирајќи ги клеточните ѕидови за хранливи материи. Го блокира навлегувањето на вода што доведува до венење на растенијата. Сродната габа Fusarium OxySporum. исто така е патоген кој се пренесува преку почва кој се шири низ заразената почва и е одговорен за венење кај многу култури, како што е Панамската болест во бананите, васкуларното венеење на доматите итн. F. oxysporum живее на други растенија (како банана) меѓусебно сечени со кафе за сенка, но го дели кафето како домаќин со F. xylarioides.
Од 1920-тите, посевите на кафе во Африка трпеа периодични епидемии на венеење со штетно влијание врз кафето производство и егзистенцијата на земјоделците, особено во Етиопија и централна Африка. Најраните епидемии во 1920-тите беа успешно управувани со употреба на соодветни средства, но болеста повторно се појави во 2000-тите. Дали предизвикувачката габа Fusarium xylarioides подлежат на еволуција по првичните избувнувања во 1920-тите, за да се подобри способноста да се заразат растенијата кафе што ќе доведе до повторно појавување на епидемии? Имаше индикации од студиите дека F. xylarioides стекнати гени за подобрување на способноста за инфицирање.
Историската геномска студија објавена во 2021 година ја поддржа идејата дека растенијата кафе арабика и робуста делумно стекнале различни ефекторни гени преку хоризонтален трансфер од F. oxysporum. Ефекторските гени ги кодираат молекулите вклучени во воспоставувањето на болеста. Овие гени се изразуваат во текот на животниот циклус на габите за да го поддржат процесот на болеста.
Во неодамнешната студија објавена на 5 декември 2024 година, истражувачите спроведоа компаративна геномска анализа на 13 историски видови на F. oxysporum да се разбере како габата што предизвикува венеење еволуирала и се прилагодила на растенијата кафе-домаќини. Утврдено е дека F. Xylarioides има четири различни лоза: една прилагодена на растенијата од кафе арабика, една приспособена на растенија за кафе робуста и две историски лоза кои живееле на сродни видови кафе. Понатаму, овие соеви добија критични гени од сродните F. oxysporum, што го овозможи предизвикувачот на болеста F. xylarioides да ги разбие клеточните ѕидови на растенијата кафе за да предизвика болест на венеење. Хоризонталниот трансфер на генот еукариот-еукариот од F. oxysporum до F. xylarioides им овозможи на првите ефикасно да ги инфицираат растенијата на кафе овозможувајќи повторна појава на болест на венеење на кафето.
Ова разбирање за тоа како е предизвикана болеста може да биде корисно за поефикасно прилагодување на земјоделските практики и поефикасно управување со растителните болести.
***
Референци:
- Универзитетот во Колорадо Денвер. Хоризонтален трансфер на гени – водич за активности. Достапно на https://www.ucdenver.edu/docs/librariesprovider132/a-sync_sl/genetics/upload-2/bacterial-genetics/horizontal-gene-transfer-activity-guide.pdf
- Килинг, П., Палмер, Ј. Хоризонтален трансфер на гени во еукариотската еволуција. Нат Рев Генет 9, 605–618 (2008). https://doi.org/10.1038/nrg2386
- Пек, ЛД, и сор. Историската геномика ги открива еволутивните механизми зад повеќекратните избувнувања на патогенот за венеење на кафето специфичен за домаќинот Fusarium xylarioides. BMC Genomics 22, 404 (2021). Објавено: 04 јуни 2021 година. DOI: https://doi.org/10.1186/s12864-021-07700-4
- Пек ЛД, и сор. Хоризонталните трансфери помеѓу габичните видови Fusarium придонесоа за последователни епидемии на болест на венеење на кафето. PLoS биологија. Објавено: 5 декември 2024 година. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002480
***
