Fusarium xylarioides, gliva, ki se prenaša iz zemlje, povzroča "bolezen kavnega venenja", ki je v preteklosti povzročala znatno škodo na pridelkih kave. V dvajsetih letih prejšnjega stoletja je prišlo do izbruhov bolezni, ki so jih ustrezno obvladali. Vendar se je bolezen sčasoma ponovno pojavila, kar je povzročilo izbruhe, ki so povzročili resno škodo na pridelku. Prejšnje študije so pokazale, da se je vzročna vrsta glive morda razvila s pridobivanjem genov iz sorodne vrste. Študija, objavljena 1920. decembra 5, je potrdila, da je bil ponovni pojav izbruhov bolezni kavne uvelosti posledica horizontalnih prenosov genov s sorodne glivične vrste Fusarium oxysporum na vzročno vrsto Fusarium xylarioides, kar je omogočilo, da se je vzročna vrsta glive razvila in pridobila ustrezne lastnosti, ki lahko okužijo pridelke, kar vodi do ponovnega pojava izbruhov in poškodb rastlin kave.
V genskem inženiringu se nov gen ali DNK umetno prenese v celico organizma z uporabo vektorjev, kot so plazmidi ali modificirani virusi, za uvedbo novih sposobnosti organizma.
V naravi poteka prenos genov oziroma prenos genskih informacij pri razmnoževanju vertikalno od staršev do potomcev po generacijah navzdol. To je pogosta značilnost evkariontov, ki jim omogoča, da pridobijo variacije za prilagajanje in evolucijo. Pri prokariontih, kot so bakterije, pa se genetski materiali prenašajo vodoravno (ali bočno) med organizmi iste generacije, ne da bi vključevali razmnoževanje. To se imenuje horizontalni prenos genov (HGT) in je edini način, da bakterije pridobijo nove gene, da se prilagodijo negativnim selekcijskim pritiskom in se razvijejo za preživetje. To se lahko zgodi s prenosom DNK iz okolja in njeno integracijo v bakterijski kromosom ali plazmid (transformacija). Geni se lahko prenesejo tudi vodoravno iz ene bakterije v drugo z virusom, ki okuži bakterije, ali bakteriofagi (transdukcija) ali z neposrednim vodoravnim prenosom genov iz bakterijske celice darovalca v celico prejemnika preko spolnega pilusa (konjugacija).
Čeprav ga večinoma opazimo pri prokariontih, je horizontalni prenos genov povezan tudi z evkarionti. Znano je, da je endosimbioza igrala vlogo pri evkariontski evoluciji s prenosom genov med bakterijami in evkarionti. Dokumentiranih je bilo več primerov prenosa genov med evkarionti.
Pojav horizontalnega prenosa genov je pomemben, saj prispeva k evoluciji. To je na primer odgovorno za razvoj sevov bakterij, odpornih na antibiotike/več zdravil, kar je velik problem javnega zdravja. V kmetijstvu so že dolgo domnevali vlogo horizontalnega prenosa genov med sorodnimi vrstami gliv pri ponovnem pojavu izbruhov bolezni kavne uvelosti.
Bolezen kavne uvelosti
Kava je pomemben komercialni pridelek. Njegov svetovni trg je ocenjen na približno 223 milijard dolarjev. Kavna rastlina spada v rod Coffea. Ima veliko vrst, vendar sta najbolj priljubljeni vrsti Arabica in Robusta, ki predstavljata večino svetovne proizvodnje. Kavna arabica predstavlja 60–80 % svetovne proizvodnje kave, medtem ko Caffea canephora (splošno znana kot Coffea robusta) predstavlja približno 20–40 %.
Bolezen kavne uvelosti povzroča gliva, ki se prenaša s prstjo Fusarium xylarioides ki vstopi skozi korenine pridelka, da kolonizira ksilem in razgradi celične stene za hranila. Blokira absorpcijo vode, kar povzroči venenje rastlin. Sorodna gliva Fusarium oxysporum je tudi patogen, ki se prenaša s prstjo in se širi skozi okuženo zemljo in je odgovoren za bolezen venenja pri številnih pridelkih, kot je panamska bolezen pri bananah, vaskularna uvelost paradižnika itd. F. oxysporum živi na drugih rastlinah (kot je banana), posejanih s kavo zaradi sence, vendar si kavo deli kot gostitelja F. xylarioides.
Od dvajsetih let 1920. stoletja so pridelki kave v Afriki občasno trpeli zaradi bolezni venenja, ki je škodljivo vplivala na kavo. proizvodnja in preživetje kmetov, zlasti v Etiopiji in osrednji Afriki. Najzgodnejši izbruhi v dvajsetih letih 1920. stoletja so bili uspešno obvladani z ustreznimi sredstvi, vendar se je bolezen ponovno pojavila v 2000-ih. Ali glivice povzročiteljice Fusarium xylarioides podvrženi evoluciji po začetnih izbruhih v dvajsetih letih 1920. stoletja, da bi povečali sposobnost okužbe kavnih rastlin, kar bi povzročilo ponovni pojav izbruhov? Študije so pokazale, da F. xylarioides pridobljeni geni za povečanje sposobnosti okužbe.
Zgodovinska genomska študija, objavljena leta 2021, je podprla idejo, da sta rastlini kave arabica in robusta delno pridobili različne efektorske gene s horizontalnim prenosom iz F. oxysporum. Efektorski geni kodirajo molekule, ki sodelujejo pri nastanku bolezni. Ti geni se izražajo v celotnem življenjskem ciklu gliv, da podpirajo proces bolezni.
V nedavni študiji, objavljeni 5. decembra 2024, so raziskovalci izvedli primerjalno genomsko analizo 13 zgodovinskih sevov F. oxysporum razumeti, kako so se glive, ki povzročajo bolezni wilt, razvile in prilagodile svojim gostiteljskim rastlinam kave. Ugotovljeno je bilo, da F. Xylarioides ima štiri različne linije: ena prilagojena rastlinam kave arabica, ena prilagojena rastlinam kave robusta in dve zgodovinski liniji, ki sta živeli na sorodnih vrstah kave. Poleg tega so ti sevi pridobili kritične gene od sorodnih F. oxysporum, ki je omogočila povzročanje bolezni F. xylarioides za razgradnjo celičnih sten rastlin kave, da povzroči bolezen venenja. Horizontalni prenos genov evkariont-evkariont iz F. oxysporum do F. xylarioides prvemu omogočil učinkovito okužbo kavnih rastlin kar omogoča ponovni pojav bolezni kavne uvelosti.
To razumevanje, kako je bolezen povzročena, je lahko koristno pri natančnem prilagajanju kmetijskih praks in učinkovitejšem obvladovanju bolezni rastlin.
***
Reference:
- Univerza Colorado Denver. Horizontalni prenos genov – vodnik po dejavnostih. Na voljo na https://www.ucdenver.edu/docs/librariesprovider132/a-sync_sl/genetics/upload-2/bacterial-genetics/horizontal-gene-transfer-activity-guide.pdf
- Keeling, P., Palmer, J. Horizontalni prenos genov v evkariontski evoluciji. Nat Rev Genet 9, 605–618 (2008). https://doi.org/10.1038/nrg2386
- Peck, LD, et al. Zgodovinska genomika razkriva evolucijske mehanizme v ozadju številnih izbruhov gostiteljsko specifičnega povzročitelja kavne uvelosti Fusarium xylarioides. BMC Genomics 22, 404 (2021). Objavljeno: 04. junij 2021. DOI: https://doi.org/10.1186/s12864-021-07700-4
- Peck LD, et al. Horizontalni prenosi med vrstami gliv Fusarium so prispevali k zaporednim izbruhom bolezni kavne uvelosti. Biologija PLoS. Objavljeno: 5. december 2024. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002480
***
