Fusarium xylarioides, augsnē pārnēsāta sēne, izraisa “kafijas vītuma slimību”, kas ir nodarījusi būtisku kaitējumu kafijas kultūrām. 1920. gadsimta 5. gados bija slimības uzliesmojumi, kas tika atbilstoši pārvaldīti. Tomēr noteiktā laikā slimība atkal apvienojās, izraisot uzliesmojumus, kas izraisīja nopietnus ražas bojājumus. Iepriekšējie pētījumi liecina, ka izraisītāja sēnīšu suga varētu būt attīstījusies, iegūstot gēnus no radniecīgām sugām. Pētījums, kas publicēts 2024. gada XNUMX. decembrī, apstiprināja, ka kafijas vīšanas slimības uzliesmojumu atkārtota parādīšanās bija saistīta ar horizontālu gēnu pārnesi no radniecīgās sēņu sugas Fusarium oxysporum uz slimības izraisītāju Fusarium xylarioides, kas ļāva izraisītājsēņu sugām attīstīties un iegūt piemērotas. īpašības, kas var inficēt kultūraugus, izraisot atkārtotu uzliesmojumu rašanos un bojājumus kafijas augiem.
Gēnu inženierijā jaunu gēnu vai DNS mākslīgi pārnes organisma šūnā, izmantojot vektorus, piemēram, plazmīdas vai modificētus vīrusus, lai ieviestu organismā jaunas spējas.
Dabā gēnu pārnese vai ģenētiskās informācijas pārraide notiek vertikāli vairojoties no vecākiem uz pēcnācējiem paaudzēm. Tā ir kopīga iezīme eikariotiem, kas ļauj tiem iegūt adaptācijas un evolūcijas izmaiņas. Tomēr prokariotos, piemēram, baktērijās, ģenētiskie materiāli tiek pārnesti horizontāli (vai sāniski) starp vienas paaudzes organismiem, neiesaistot reprodukciju. To sauc par horizontālo gēnu pārnesi (HGT), un tas ir vienīgais veids, kā baktērijas var iegūt jaunus gēnus, lai pielāgotos negatīvajam atlases spiedienam un attīstītos izdzīvošanai. Tas var notikt, pārnesot DNS no vides un integrējot baktēriju hromosomā vai plazmīdā (transformācija). Gēnus var pārnest arī horizontāli no vienas baktērijas uz otru ar baktēriju inficējošu vīrusu vai bakteriofāgiem (transdukcija), vai tiešu horizontālu gēnu pārnešanu no donora baktērijas šūnas uz recipienta šūnu, izmantojot dzimumpilusu (konjugāciju).
Lai gan to galvenokārt novēro prokariotos, horizontālā gēnu pārnese ir saistīta arī ar eikariotiem. Ir zināms, ka endosimbiozei ir bijusi nozīme eikariotu evolūcijā, izmantojot baktēriju un eikariotu gēnu pārnesi. Ir dokumentēti vairāki eikariotu-eukariotu gēnu pārneses gadījumi.
Horizontālās gēnu pārneses parādība ir nozīmīga, jo tā veicina evolūciju. Piemēram, tas ir atbildīgs par pret antibiotikām rezistentu/vairāku zāļu rezistentu baktēriju celmu attīstību, kas ir liela sabiedrības veselības problēma. Lauksaimniecībā jau sen ir aizdomas par horizontālās gēnu pārneses lomu starp radniecīgām sēnīšu sugām kafijas vīšanas slimības uzliesmojumu atkārtošanās gadījumā.
Kafijas vīšanas slimība
Kafija ir svarīga komerciāla kultūra. Tiek lēsts, ka tā globālā tirgus apjoms ir aptuveni 223 miljardi USD. Kafijas augs pieder pie Coffea ģints. Tai ir daudz sugu, bet arabika un robusta sugas ir vispopulārākās, kas veido lielāko daļu pasaules produkcijas. Coffea arabica veido 60–80% no pasaules kafijas ražošanas, savukārt Coffea canephora (pazīstams kā Coffea robusta) veido aptuveni 20–40%.
Kafijas vīšanas slimību izraisa augsnē pārnēsāta sēne Fusarium xylarioides kas iekļūst caur labības saknēm, lai kolonizētu ksilēmu, noārdot šūnu sienas barības vielām. Tas bloķē ūdens uzņemšanu, izraisot augu novīšanu. Saistītā sēne Fusarium oxysporum ir arī augsnē pārnēsāts patogēns, kas izplatās pa invadētu augsni un izraisa daudzu kultūru vītuma slimību, piemēram, Panamas slimību banānos, tomātu asinsvadu vīti utt. F. oxysporum dzīvo uz citiem augiem (piemēram, banāniem), kas apgriezti ar kafiju, lai iegūtu ēnu, bet koplieto kafiju kā saimnieku ar F. xylarioides.
Kopš 1920. gadsimta XNUMX. gadiem kafijas ražas Āfrikā ir piedzīvojušas periodiskus vīšanas slimības uzliesmojumus, kas negatīvi ietekmē kafiju. ražošana un lauksaimnieku iztikas līdzekļi, jo īpaši Etiopijā un Centrālāfrikā. Agrākie uzliesmojumi 1920. gadsimta 2000. gados tika veiksmīgi pārvaldīti, izmantojot piemērotus līdzekļus, tomēr slimība atkārtoti parādījās XNUMX. gados. Vai izraisītāja sēnīte Fusarium xylarioides iziet evolūciju pēc sākotnējiem uzliesmojumiem 1920. gadsimta XNUMX. gados, lai palielinātu spēju inficēt kafijas augus, izraisot atkārtotu uzliesmojumu rašanos? Pētījumos bija norādes, ka F. xylarioides iegūti gēni, lai uzlabotu spēju inficēties.
Vēsturiskais genomikas pētījums, kas publicēts 2021. gadā, apstiprināja ideju, ka arabikas un robustas kafijas augi daļēji ieguva atšķirīgus efektorgēnus, izmantojot horizontālu pārnesi no F. oxysporum. Efektorgēni kodē molekulas, kas iesaistītas slimības veidošanā. Šie gēni tiek ekspresēti visā sēnīšu dzīves ciklā, lai atbalstītu slimības procesu.
Nesenajā pētījumā, kas publicēts 5. gada 2024. decembrī, pētnieki veica 13 vēsturisko celmu salīdzinošu genoma analīzi. F. oxysporum lai saprastu, kā vītuma slimība, kas izraisa sēnītes, attīstījās un pielāgojās tās saimniekaugiem. Tika konstatēts, ka F. Xylarioides ir četras atšķirīgas līnijas: viena pielāgota arabikas kafijas augiem, viena pielāgota robusta kafijas augiem un divas vēsturiskas līnijas, kas dzīvoja no radniecīgām kafijas sugām. Turklāt šie celmi bija ieguvuši kritiskos gēnus no radniecīgajiem F. oxysporum, kas ļāva izraisīt slimību F. xylarioides noārdīt kafijas augu šūnu sienas, lai izraisītu vīšanas slimību. Eikariotu-eikariotu horizontālā gēnu pārnese no F. oxysporum uz F. xylarioides ļāva pirmajam efektīvi inficēt kafijas augus padarot iespējamu kafijas vītuma slimības atkārtošanos.
Šī izpratne par to, kā slimība tiek izraisīta, var būt noderīga, lai precizētu lauksaimniecības praksi un efektīvāk pārvaldītu augu slimības.
***
Norādes:
- Kolorādo Universitāte Denverā. Horizontālā gēnu pārnešana – darbības ceļvedis. Pieejams plkst https://www.ucdenver.edu/docs/librariesprovider132/a-sync_sl/genetics/upload-2/bacterial-genetics/horizontal-gene-transfer-activity-guide.pdf
- Keeling, P., Palmer, J. Horizontālā gēnu pārnese eikariotu evolūcijā. Nat Rev Genet 9, 605–618 (2008). https://doi.org/10.1038/nrg2386
- Peck, LD u.c. Vēsturiskā genomika atklāj evolūcijas mehānismus, kas ir pamatā vairākiem saimniekspecifiskā kafijas vīšanas patogēna Fusarium xylarioides uzliesmojumiem. BMC Genomics 22, 404 (2021). Publicēšanas datums: 04. gada 2021. jūnijs. DOI: https://doi.org/10.1186/s12864-021-07700-4
- Peck LD, et al. Horizontāla pārnešana starp sēnīšu Fusarium sugām veicināja secīgus kafijas vīšanas slimības uzliesmojumus. PLoS bioloģija. Publicēšanas datums: 5. gada 2024. decembris. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002480
***
