Fusarium xylarioides, un fong transmès pel sòl causa la "malaltia de la marchitació del cafè" que té una història de causar danys importants als cultius de cafè. A la dècada de 1920 hi va haver brots de la malaltia que es van gestionar adequadament. No obstant això, la malaltia es va tornar a fusionar al seu moment i va provocar brots que van causar greus danys als cultius. Estudis anteriors havien indicat que l'espècie de fongs causant podria haver evolucionat adquirint gens d'espècies relacionades. Un estudi publicat el 5 de desembre de 2024 ha confirmat que la reaparició dels brots de la malaltia del marchit del cafè es va deure a les transferències de gens horitzontals de l'espècie fúngica relacionada Fusarium oxysporum a l'espècie causant Fusarium xylarioides, que va permetre que l'espècie fúngica causal evolucionés i adquirís les adequades. trets per infectar els cultius que condueixen a la reaparició de brots i danys a les plantes de cafè.
En enginyeria genètica, un nou gen o ADN es transfereix artificialment a la cèl·lula d'un organisme mitjançant vectors com plasmidis o virus modificats per introduir noves capacitats a un organisme.
A la natura, la transferència de gens o la transmissió d'informació genètica té lloc en la reproducció vertical de pares a descendència en generacions posteriors. Aquesta és una característica comuna als eucariotes que els permet adquirir variació per a l'adaptació i l'evolució. En els procariotes com en els bacteris, però, els materials genètics es transfereixen horitzontalment (o lateralment) entre organismes de la mateixa generació sense implicar la reproducció. Això s'anomena transferència gènica horitzontal (HGT) i és l'única manera en què els bacteris poden adquirir nous gens per adaptar-se a pressions de selecció negativa i evolucionar per sobreviure. Això pot passar per transferència d'ADN del medi i la seva integració en un cromosoma o plasmidi bacterian (transformació). Els gens també es poden transferir horitzontalment d'un bacteri a un altre mitjançant virus o bacteriòfags que infecten bacteris (transducció), o per transferència horitzontal directa de gens d'una cèl·lula bacteriana donant a una cèl·lula receptora mitjançant pilus sexual (conjugació).
Tot i que s'observa predominantment en procariotes, la transferència horitzontal de gens també s'associa amb eucariotes. Se sap que l'endosimbiosi ha tingut un paper en l'evolució eucariota mitjançant la transferència de gens bacteris-eucariotes. S'han documentat diversos casos de transferència de gens eucariotes-eucariotes.
El fenomen de la transferència horitzontal de gens és significatiu perquè contribueix a l'evolució. Per exemple, això és responsable del desenvolupament de soques de bacteris resistents als antibiòtics/resistents a múltiples fàrmacs, que és un problema de salut pública important. En l'agricultura, el paper de la transferència horitzontal de gens entre espècies de fongs relacionades s'ha sospitat durant molt de temps en la reaparició de brots de malaltia de marchitament del cafè.
Malaltia de la marchitació del cafè
El cafè és un cultiu comercial important. S'estima que la seva mida del mercat global és d'uns 223 milions de dòlars. La planta del cafè pertany al gènere Coffea. Té moltes espècies, però les espècies d'Aràbica i Robusta són les més populars i representen la major part de la producció mundial. Cafè aràbiga representa entre el 60 i el 80% de la producció mundial de cafè, mentre que Coffea canephora (comunament coneguda com a Coffea robusta) representa al voltant del 20-40%.
La malaltia del marchit del cafè és causada per un fong transmès pel sòl Fusarium xylarioides que entra a través de les arrels del cultiu per colonitzar el xilema degradant les parets cel·lulars per als nutrients. Bloqueja l'absorció d'aigua provocant el marceixement de les plantes. El fong relacionat Fusarium oxysporum també és un patogen transmès pel sòl que s'estén a través del sòl infestat i és responsable de la malaltia de marchitament en molts cultius, com la malaltia de Panamà en plàtans, marchitament vascular del tomàquet, etc. F. oxysporum viu en altres plantes (com el plàtan) intercalades amb cafè per fer ombra, però comparteix el cafè com a hoste amb F. xylarioides.
Des de la dècada de 1920, els conreus de cafè a l'Àfrica han patit brots periòdics de malaltia de marchitament amb impactes perjudicials sobre el cafè. producció i els mitjans de vida dels agricultors, especialment a Etiòpia i Àfrica central. Els primers brots de la dècada de 1920 es van gestionar amb èxit mitjançant els mitjans adequats, però la malaltia va tornar a sorgir a la dècada de 2000. Va fer el fong causant Fusarium xylarioides experimentar una evolució després dels brots inicials de la dècada de 1920 per tal de millorar la capacitat d'infectar les plantes de cafè, donant lloc a la reaparició dels brots? Hi havia indicis dels estudis que F. xylarioides gens adquirits per millorar la capacitat d'infectar.
L'estudi de genòmica històrica publicat el 2021 va donar suport a la idea que les plantes de cafè aràbica i robusta van adquirir en part diferents gens efectors mitjançant transferència horitzontal de F. oxysporum. Els gens efectors codifiquen molècules implicades en l'establiment de la malaltia. Aquests gens s'expressen al llarg del cicle de vida dels fongs per donar suport al procés de malaltia.
En el recent estudi publicat el 5 de desembre de 2024, els investigadors van realitzar anàlisis genòmiques comparatives de 13 soques històriques de F. oxysporum per entendre com va evolucionar i s'adaptaven els fongs que causaven la malaltia de la marchitació a les seves plantes de cafè hoste. Es va trobar que F. Xylarioides té quatre llinatges diferents: un adaptat a les plantes de cafè aràbica, un altre adaptat a les plantes de cafè robusta i dos llinatges històrics que vivien d'espècies de cafè relacionades. A més, aquestes soques havien adquirit gens crítics dels relacionats F. oxysporum, que va permetre la malaltia causant F. xylarioides per trencar les parets cel·lulars de les plantes de cafè per provocar la malaltia de la marceixement. Transferència horitzontal de gens eucariota-eucariota F. oxysporum a F. xylarioides va permetre que el primer infectés les plantes de cafè de manera eficaç fent possible la reaparició de la malaltia de la marchitació del cafè.
Aquesta comprensió de com es causa la malaltia pot ser útil per ajustar les pràctiques agrícoles i gestionar les malalties de les plantes de manera més eficaç.
***
Referències:
- Universitat de Colorado Denver. Transferència gènica horitzontal – guia-activitat. Disponible a https://www.ucdenver.edu/docs/librariesprovider132/a-sync_sl/genetics/upload-2/bacterial-genetics/horizontal-gene-transfer-activity-guide.pdf
- Keeling, P., Palmer, J. Horizontal gene transfer in eucariotic evolution. Nat Rev Genet 9, 605–618 (2008). https://doi.org/10.1038/nrg2386
- Peck, LD, et al. La genòmica històrica revela els mecanismes evolutius darrere de múltiples brots del patogen Fusarium xylarioides del cafè específic de l'hoste. BMC Genomics 22, 404 (2021). Publicat: 04 de juny de 2021. DOI: https://doi.org/10.1186/s12864-021-07700-4
- Peck LD, et al. Les transferències horitzontals entre espècies de fongs Fusarium van contribuir a brots successius de la malaltia del marchit del cafè. Biologia PLoS. Publicació: 5 de desembre de 2024. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002480
***
