Fusarium xylarioides, in boaiem-borne fungus feroarsaket "Koffie wilt sykte" dy't hat in skiednis fan it feroarsaakjen fan wichtige skea oan kofje gewaaks. D'r wiene útbraken fan 'e sykte yn' e jierren 1920 dy't goed behannele waarden. De sykte fusearre lykwols yn 'e rin fan' e tiid, wat liedt ta útbraken dy't serieuze gewaaksskea feroarsake. Eardere ûndersiken hawwe oanjûn dat de oarsaaklike skimmelsoarte kin evoluearre hawwe troch it krijen fan genen fan besibbe soart. In stúdzje publisearre op 5 desimber 2024 hat befêstige dat it opnij ûntstean fan útbraken fan kofje wilssykte wie te tankjen oan horizontale gentransfers fan 'e besibbe skimmelsoarte Fusarium oxysporum nei de oarsaaklike soart Fusarium xylarioides dy't de oarsaaklike skimmelsoarten koe evoluearje en geskikt krije eigenskippen om de gewaaksen te ynfektearjen dy't liede ta it opnij ûntstean fan útbraken en skea oan kofjeplanten.
Yn genetyske technyk wurdt nij gen of DNA keunstmjittich oerbrocht nei de sel fan in organisme mei help fan fektors lykas plasmiden of modifisearre firussen foar it yntrodusearjen fan nije kapasiteiten oan in organisme.
Yn 'e natuer fynt genoerdracht of oerdracht fan genetyske ynformaasje plak yn reproduksje fertikaal fan âlders nei neiteam nei generaasjes. Dit is in mienskiplik skaaimerk yn eukaryoten wêrtroch't se fariaasje kinne krije foar oanpassing en evolúsje. By prokaryoten lykas by baktearjes wurde genetyske materialen lykwols horizontaal (of lateraal) oerbrocht tusken organismen fan deselde generaasje sûnder reproduksje te belûken. Dit wurdt horizontale gentransfer (HGT) neamd en is de ienige manier wêrop baktearjes nije genen kinne krije om oan te passen oan negative seleksjedruk en evoluearje foar oerlibjen. Dit kin barre troch oerdracht fan DNA út 'e omjouwing en har yntegraasje yn baktearjele chromosomen of plasmide (transformaasje). Genen kinne ek horizontaal oerbrocht wurde fan de iene baktearje nei de oare troch baktearje-ynfektearjende firus of bakteriofagen (transduksje), of troch direkte horizontale oerdracht fan genen fan in donorbaktearjesel nei in ûntfangende sel fia sekspilus (konjugaasje).
Hoewol foaral waarnommen yn prokaryoten, wurdt horizontale genoerdracht ek ferbûn mei eukaryoten. Endosymbiosis is bekend om in rol te hawwen spile yn eukaryote evolúsje troch baktearje-eukaryote-genoerdracht. Ferskate eksimplaren fan eukaryot-eukaryote-genoerdracht binne dokumintearre.
It ferskynsel fan horizontale genoerdracht is wichtich om't it bydraacht oan evolúsje. Dit is bygelyks ferantwurdlik foar ûntwikkeling fan antibiotika-resistinte / multidrug-resistinte stammen fan baktearjes, wat in wichtich probleem is foar folkssûnens. Yn 'e lânbou is de rol fan horizontale genoerdracht tusken besibbe skimmelsoarten al lang fertocht by it opnij ûntstean fan útbrekken fan sykte fan kofje.
Coffee Wilt Disease
Kofje is in wichtich kommersjeel gewaaks. De wrâldwide merkgrutte wurdt rûsd op sawat $ 223 miljard. De kofjeplant heart ta de genus Coffea. It hat in protte soarten, mar Arabica- en Robusta-soarten binne de populêrste foar it grutste part fan 'e wrâldwide produksje. Coffea arabica goed foar 60–80% fan 'e kofjeproduksje fan' e wrâld, wylst Koffie canephora (algemien bekend as Coffea robusta) makket sa'n 20-40% út.
Kofje wilt sykte wurdt feroarsake troch in boaiem-borne fungus Fusarium xylarioides dy't tagong krijt troch woartels fan 'e gewaaks om it xylem te kolonisearjen dy't de selwanden ferneatiget foar fiedingsstoffen. It blokkearret wetteropname, wat liedt ta ferwelking fan 'e planten. De relatearre fungus Fusarium oxysporum ek is in boaiem-borne pathogen dy't ferspriedt troch besmette boaiem en is ferantwurdlik foar ferwelting sykte yn in protte gewaaksen lykas Panama sykte yn bananen, tomaat vascular wil ensfh. F. oxysporum libbet op oare planten (lykas banaan) ûnderinoar mei kofje foar skaad, mar dielt kofje as gasthear mei F. xylarioides.
Sûnt de 1920's hawwe de kofjegewaaksen yn Afrika periodike útbraken fan wilsykte te lijen mei skealike ynfloed op kofje produksje en it bestean fan boeren, benammen yn Etioopje en sintraal Afrika. De ierste útbraken yn 'e 1920's waarden mei súkses beheard mei passende middels, lykwols, de sykte ferskynde opnij yn 'e 2000's. Die de causative fungus Fusarium xylarioides evolúsje ûndergean nei de earste útbraken yn 1920 om it fermogen te ferbetterjen om kofjeplanten te ynfektearjen, wat liedt ta it opnij ûntstean fan útbraken? Der wiene oanwizings út ûndersiken dat F. xylarioides oernommen genen om it fermogen om te ynfektearjen te ferbetterjen.
Histoaryske genomika-stúdzje publisearre yn 2021 stipe it idee dat de arabica- en robusta-koffieplanten foar in part ûnderskate effektorgenen krigen fia horizontale oerdracht fan F. oxysporum. Effektorgenen kodearje molekulen belutsen by it oprjochtsjen fan sykte. Dizze genen wurde útdrukt yn 'e heule libbenssyklus fan skimmels om it sykteproses te stypjen.
Yn 'e resinte stúdzje publisearre op 5 desimber 2024 hawwe ûndersikers ferlykjende genomyske analyse útfierd fan 13 histoaryske stammen fan F. oxysporum om te begripen hoe't wilssykte dy't fungus feroarsaakje, evoluearre en oanpast oan har host kofjeplanten. Dat waard fûn F. Xylarioides hat fjouwer ûnderskate lineages: ien oanpast oan arabica kofjeplanten, ien oanpast oan robusta kofjeplanten, en twa histoaryske lineages dy't libbe op besibbe kofjesoarten. Fierder hienen dizze stammen krityske genen krigen fan 'e besibbe F. oxysporum, dy't de sykte feroarsaakje ynskeakele F. xylarioides om de selwanden fan kofjeplanten ôf te brekken om wilsykte te feroarsaakjen. De eukaryot-eukaryote horizontale gen oerdracht fan F. oxysporum nei F. xylarioides liet de eardere kofjeplanten effektyf ynfektearje wêrtroch't it opnij ûntstean fan 'e sykte fan' e Coffee wilt mooglik.
Dit begryp fan hoe't de sykte wurdt feroarsake kin nuttich wêze by it fine-tunen fan lânboupraktiken en it effektiver beheare fan plantsykten.
***
Referinsjes:
- Universiteit fan Colorado Denver. Horizontale Gene Transfer - aktiviteit-gids. Beskikber by https://www.ucdenver.edu/docs/librariesprovider132/a-sync_sl/genetics/upload-2/bacterial-genetics/horizontal-gene-transfer-activity-guide.pdf
- Keeling, P., Palmer, J. Horizontale genetransfer yn eukaryote evolúsje. Nat Rev Genet 9, 605-618 (2008). https://doi.org/10.1038/nrg2386
- Peck, LD, et al. Histoaryske genomika ûntbleatet de evolúsjonêre meganismen efter meardere útbraken fan it host-spesifike kofje-wild-patogeen Fusarium xylarioides. BMC Genomics 22, 404 (2021). Publisearre: 04 juny 2021. DOI: https://doi.org/10.1186/s12864-021-07700-4
- Peck LD, et al. Horizontale oerdrachten tusken fungal Fusarium-soarten droegen by oan opienfolgjende útbrekken fan kofje-wildsykte. PLoS Biology. Publisearre: 5 desimber 2024. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002480
***
