Mullast leviv seen Fusarium xylarioides põhjustab "kohvi närbumise haigust", mis on varem põhjustanud kohvikultuuridele märkimisväärset kahju. 1920. aastatel esinesid haiguspuhangud, mida hallati asjakohaselt. Kuid haigus ühines aja jooksul uuesti, põhjustades puhanguid, mis põhjustasid tõsiseid saagikahjustusi. Varasemad uuringud on näidanud, et põhjustav seeneliik võis areneda, omandades geenid seotud liigilt. 5. detsembril 2024 avaldatud uuring kinnitas, et kohvi närbumistõve puhangute taastekkimine oli tingitud horisontaalsetest geeniülekannetest sugulasseeneliigilt Fusarium oxysporum põhjuslikule liigile Fusarium xylarioides, mis võimaldas põhjuslikul seeneliigil areneda ja omandada sobivad seened. põllukultuuride nakatamise tunnused, mis põhjustavad puhangute taastekkimist ja kohvitaimede kahjustamist.
Geenitehnoloogias viiakse uus geen või DNA kunstlikult üle organismi rakku, kasutades vektoreid, nagu plasmiidid või modifitseeritud viirused, et viia organismile uus võime.
Looduses toimub geeniülekanne või geneetilise teabe edastamine paljunemisel vertikaalselt vanematelt järglastele põlvkondade kaupa. See on eukarüootidel tavaline omadus, mis võimaldab neil omandada kohanemiseks ja evolutsiooniks variatsioone. Prokarüootides, näiteks bakterites, kantakse geneetilised materjalid horisontaalselt (või külgsuunas) üle sama põlvkonna organismide vahel, ilma et see hõlmaks paljunemist. Seda nimetatakse horisontaalseks geeniülekandeks (HGT) ja see on ainus viis, kuidas bakterid saavad omandada uusi geene, et kohaneda negatiivse selektsioonisurvega ja areneda ellujäämiseks. See võib juhtuda DNA ülekandmisel keskkonnast ja selle integreerumisest bakterikromosoomi või plasmiidi (transformatsioon). Geene saab ka horisontaalselt ühelt bakterilt teisele üle kanda baktereid nakatava viiruse või bakteriofaagide abil (transduktsioon) või geenide otsese horisontaalse ülekandmisega doonorbakterirakust retsipientrakku sugupiluse kaudu (konjugatsioon).
Kuigi seda täheldatakse peamiselt prokarüootides, seostatakse horisontaalset geeniülekannet ka eukarüootidega. Endosümbioos on teadaolevalt mänginud rolli eukarüootide evolutsioonis bakterite ja eukarüootide geeniülekande kaudu. On dokumenteeritud mitmeid eukarüootide ja eukarüootide geeniülekande juhtumeid.
Horisontaalse geeniülekande nähtus on oluline, kuna see aitab kaasa evolutsioonile. Näiteks vastutab see antibiootikumiresistentsete/mitme ravimi suhtes resistentsete bakteritüvede väljatöötamise eest, mis on suur rahvatervise probleem. Põllumajanduses on pikka aega kahtlustatud horisontaalse geeniülekande rolli seotud seeneliikide vahel kohvi närbumishaiguse puhangute taastekke puhul.
Kohvi närbumise tõbi
Kohv on oluline kaubanduslik põllukultuur. Selle ülemaailmse turu suurus on hinnanguliselt umbes 223 miljardit dollarit. Kohvitaim kuulub perekonda Coffea. Sellel on palju liike, kuid araabika ja robusta liigid on kõige populaarsemad, mis moodustavad suurema osa ülemaailmsest toodangust. Araabia kohv moodustab 60–80% maailma kohvitoodangust, samas Coffea canephora (üldtuntud kui Coffea robusta) moodustab umbes 20–40%.
Kohvi närbumistõve põhjustab mullas leviv seen Fusarium xylarioides mis pääseb sisse põllukultuuri juurte kaudu, et koloniseerida ksüleem, mis lagundab rakuseinu toitainete saamiseks. See blokeerib vee omastamist, mis põhjustab taimede närbumist. Seotud seen Fusarium oxysporum on ka mulla kaudu leviv patogeen, mis levib läbi nakatunud pinnase ja põhjustab paljude põllukultuuride närbumist, näiteks banaanide Panama haigust, tomatite veresoonte närbumist jne. F. oxysporum elab teistel taimedel (nt banaan), mis on varju saamiseks kohviga segatud, kuid jagab kohvi peremehena F. xylarioides.
Alates 1920. aastatest on Aafrika kohvikultuurid kannatanud perioodiliste närbumishaiguste puhangute all, millel on kohvile kahjulik mõju. tootmine põllumajandustootjate elatist, eriti Etioopias ja Kesk-Aafrikas. Varaseimad 1920. aastate puhangud õnnestus sobivate vahenditega edukalt toime tulla, kuid haigus ilmnes uuesti 2000. aastatel. Kas põhjustav seen Fusarium xylarioides läbima evolutsiooni pärast 1920. aastate esialgseid puhanguid, et suurendada kohvitaimede nakatamise võimet, mis toob kaasa puhangute taastekke? Uuringud näitasid, et F. xylarioides omandatud geenid, et suurendada nakatamisvõimet.
2021. aastal avaldatud ajalooline genoomika uuring toetas ideed, et araabika ja robusta kohvitaimed omandasid horisontaalse ülekande kaudu osaliselt erinevad efektorgeenid. F. oxysporum. Efektorgeenid kodeerivad haiguse tekitamises osalevaid molekule. Neid geene ekspresseeritakse kogu seente elutsükli jooksul, et toetada haigusprotsessi.
Hiljutises 5. detsembril 2024 avaldatud uuringus viisid teadlased läbi 13 ajaloolise tüve võrdleva genoomianalüüsi. F. oxysporum et mõista, kuidas närbumist põhjustav seen arenes ja kohanes selle peremeeskohvitaimedega. Leiti, et F. Xylarioides Sellel on neli erinevat liini: üks on kohandatud araabika kohvitaimedele, teine kohandatud robusta kohvitaimedele ja kaks ajaloolist liini, mis elasid seotud kohviliikidel. Lisaks olid need tüved omandanud sugulastelt kriitilised geenid F. oxysporum, mis võimaldas haigust põhjustada F. xylarioides kohvitaimede rakuseinte lõhkumiseks, et tekitada närbumishaigusi. Eukarüoot-eukarüootne horisontaalne geeniülekanne alates F. oxysporum et F. xylarioides võimaldas esimestel kohvitaimi tõhusalt nakatada muutes võimalikuks kohvi närbumise haiguse taastekke.
Selline arusaam haiguse tekkepõhjusest võib olla abiks põllumajandustavade täpsustamisel ja taimehaiguste tõhusamal ohjamisel.
***
viited:
- Colorado Denveri ülikool. Horisontaalne geeniülekanne – tegevusjuhend. Saadaval aadressil https://www.ucdenver.edu/docs/librariesprovider132/a-sync_sl/genetics/upload-2/bacterial-genetics/horizontal-gene-transfer-activity-guide.pdf
- Keeling, P., Palmer, J. Horisontaalne geeniülekanne eukarüootide evolutsioonis. Nat Rev Genet 9, 605–618 (2008). https://doi.org/10.1038/nrg2386
- Peck, LD, et al. Ajalooline genoomika paljastab peremeesspetsiifilise kohvi närbumise patogeeni Fusarium xylarioides mitme puhangu taga olevad evolutsioonilised mehhanismid. BMC Genomics 22, 404 (2021). Avaldatud: 04. juuni 2021. DOI: https://doi.org/10.1186/s12864-021-07700-4
- Peck LD, et al. Horisontaalsed ülekanded seente Fusarium liikide vahel aitasid kaasa järjestikustele kohvinärbumishaiguse puhangutele. PLoS bioloogia. Avaldatud: 5. detsember 2024. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002480
***
