Fusarium xylarioides, 'n grondgedraagde swam veroorsaak "Koffieverwelksiekte" wat 'n geskiedenis het van aansienlike skade aan koffiegewasse. Daar was uitbrekings van die siekte in die 1920's wat toepaslik bestuur is. Die siekte het egter mettertyd weer saamgesmelt wat tot uitbrekings gelei het wat ernstige oesskade veroorsaak het. Vroeëre studies het aangedui dat die veroorsakende swamspesie moontlik ontwikkel het deur gene van verwante spesie te verkry. 'n Studie gepubliseer op 5 Desember 2024 het bevestig dat die heropkoms van uitbrake van koffieverwelksiekte te wyte was aan horisontale geenoordragte van die verwante swamspesie Fusarium oxysporum na die veroorsakende spesie Fusarium xylarioides wat die oorsaaklike swamspesie toegelaat het om te ontwikkel en geskikte eienskappe om die gewasse te besmet wat lei tot heropkoms van uitbrake en skade aan koffieplante.
In genetiese ingenieurswese word nuwe geen of DNS kunsmatig na 'n organisme se sel oorgedra deur vektore soos plasmiede of gemodifiseerde virusse te gebruik om nuwe vermoëns aan 'n organisme in te voer.
In die natuur vind geenoordrag of oordrag van genetiese inligting plaas in voortplanting vertikaal vanaf ouers na nageslag van geslagte af. Dit is 'n algemene kenmerk by eukariote wat hulle in staat stel om variasie vir aanpassing en evolusie te verkry. In prokariote soos in bakterieë word genetiese materiale egter horisontaal (of lateraal) tussen organismes van dieselfde generasie oorgedra sonder dat voortplanting betrokke is. Dit word horisontale geenoordrag (HGT) genoem en is die enigste manier waarop bakterieë nuwe gene kan verkry om by negatiewe seleksiedruk aan te pas en vir oorlewing te ontwikkel. Dit kan gebeur deur die oordrag van DNS vanaf die omgewing en die integrasie daarvan in bakteriële chromosoom of plasmied (transformasie). Gene kan ook horisontaal van een bakterie na 'n ander oorgedra word deur bakterieë-besmettende virus of bakteriofage (transduksie), of deur direkte horisontale oordrag van gene vanaf 'n skenkerbakteriese sel na 'n ontvangersel via sekspilus (vervoeging).
Alhoewel dit hoofsaaklik in prokariote waargeneem word, word horisontale geenoordrag ook met eukariote geassosieer. Dit is bekend dat endosimbiose 'n rol gespeel het in eukariotiese evolusie deur bakterieë-eukariote geenoordrag. Verskeie gevalle van eukariote-eukariote geenoordrag is gedokumenteer.
Die verskynsel van horisontale geenoordrag is betekenisvol omdat dit bydra tot evolusie. Dit is byvoorbeeld verantwoordelik vir die ontwikkeling van antibiotika-weerstandige/multimedisyn-weerstandige stamme van bakterieë wat 'n groot openbare gesondheidskwessie is. In die landbou word die rol van horisontale geenoordrag tussen verwante swamspesies lank reeds vermoed in die heropkoms van uitbrake van koffieverwelksiekte.
Koffieverwelksiekte
Koffie is 'n belangrike kommersiële gewas. Die wêreldmarkgrootte word geskat op ongeveer $223 miljard. Die koffieplant behoort tot die genus Coffea. Dit het baie spesies, maar Arabica- en Robusta-spesies is die gewildste en maak die meeste van die wêreldproduksie uit. Coffea arabica is verantwoordelik vir 60–80% van die wêreld se koffieproduksie, terwyl Coffea canephora (algemeen bekend as Coffea robusta) ongeveer 20–40% uitmaak.
Koffieverwelksiekte word veroorsaak deur 'n grondgedraagde swam, Fusarium xylarioides , wat deur die wortels van die gewas binnedring om die xileem te koloniseer en die selwande vir voedingstowwe af te breek. Dit blokkeer wateropname wat lei tot verwelking van die plante. Die verwante swam, Fusarium oxysporum, is ook 'n grondgedraagde patogeen wat deur besmette grond versprei en verantwoordelik is vir verwelksiekte in baie gewasse, soos Panama-siekte in piesangs, tamatie-vaskulêre verwelking, ens. F. oxysporum leef op ander plante (soos piesangs) wat saam met koffie vir skaduwee gekweek word, maar deel koffie as 'n gasheer met F. xylarioides.
Sedert die 1920's het die koffie-gewasse in Afrika periodieke uitbrake van verwelkingssiekte ervaar met 'n skadelike impak op koffieproduksie en boere se lewensbestaan, veral in Ethiopië en Sentraal-Afrika. Die vroegste uitbrake in die 1920's is suksesvol bestuur met behulp van gepaste middele, maar die siekte het weer in die 2000's opgeduik. Het die veroorsakende swam Fusarium xylarioides evolusie ondergaan na die aanvanklike uitbrake in die 1920's om die vermoë om koffieplante te infekteer, te verbeter wat tot die herverskyning van uitbrake gelei het? Daar was aanduidings uit studies dat F. xylarioides gene verkry het om die vermoë om te infekteer te verbeter.
'n Historiese genomika-studie wat in 2021 gepubliseer is, het die idee ondersteun dat die arabica- en robusta-koffieplante gedeeltelik afsonderlike effektorgene verkry het via horisontale oordrag van F. oxysporum. Effektorgene kodeer vir molekules wat betrokke is by die vestiging van siektes. Hierdie gene word dwarsdeur die lewensiklus van swamme uitgedruk om die siekteproses te ondersteun.
In die onlangse studie wat op 5 Desember 2024 gepubliseer is, het navorsers vergelykende genomiese analise van 13 historiese stamme van F. oxysporum uitgevoer om te verstaan hoe verwelkingssiekte-veroorsakende swam ontwikkel en aangepas het by sy gasheer-koffieplante. Daar is gevind dat F. Xylarioides vier verskillende afstammelinge het: een aangepas by arabica-koffieplante, een aangepas by robusta-koffieplante, en twee historiese afstammelinge wat op verwante koffiespesies geleef het. Verder het hierdie stamme kritieke gene van die verwante F. oxysporum verkry, wat die siekteveroorsakende F. xylarioides in staat gestel het om die selwande van koffieplante af te breek om verwelkingssiekte te veroorsaak. Die eukariot-eukariot horisontale geen-oordrag van F. oxysporum na F. xylarioides het eersgenoemde toegelaat om koffieplante effektief te infekteer, wat die heropkoms van koffieverwelkingssiekte moontlik maak.
Hierdie begrip van hoe die siekte veroorsaak word, kan nuttig wees om landboupraktyke te verfyn en plantsiektes meer effektief te bestuur.
***
Verwysings:
- Universiteit van Colorado Denver. Horisontale geenoordrag – aktiwiteitsgids. Beskikbaar 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. Horisontale geenoordrag in eukariotiese evolusie. Nat Rev Genet 9, 605–618 (2008). https://doi.org/10.1038/nrg2386
- Peck, LD, et al. Historiese genomika onthul die evolusionêre meganismes agter veelvuldige uitbrake van die gasheerspesifieke koffieverwelkpatogeen Fusarium xylarioides. BMC Genomics 22, 404 (2021). Gepubliseer: 04 Junie 2021. DOI: https://doi.org/10.1186/s12864-021-07700-4
- Peck LD, et al. Horisontale oordragte tussen swam Fusarium spesies het bygedra tot opeenvolgende uitbrekings van koffieverwelksiekte. PLoS Biologie. Gepubliseer: 5 Desember 2024. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002480
***
