Fusarium xylarioides, глебавы грыбок, выклікае «хваробу кававага завядання», якая ў мінулым наносіла значную шкоду кававым культурам. У 1920-х гадах адбываліся ўспышкі захворвання, з якімі кіравалі належным чынам. Аднак з часам хвароба аднавілася, што прывяло да ўспышак, якія нанеслі сур'ёзны ўрон ураджаю. Ранейшыя даследаванні паказалі, што від грыбка, які выклікае хваробу, мог эвалюцыянаваць шляхам набыцця генаў ад роднаснага віду. Даследаванне, апублікаванае 5 снежня 2024 г., пацвердзіла, што паўторнае ўзнікненне ўспышак хваробы кававага завядання было звязана з гарызантальнымі пераносамі генаў ад роднаснага віду грыба Fusarium oxysporum да віду-ўзбуджальніка Fusarium xylarioides, што дазволіла віду-ўзбуджальніку развіцца і набыць прыдатныя рысы заражаць пасевы, што прыводзіць да паўторнага з'яўлення выбліскаў і пашкоджання раслін кавы.
У геннай інжынерыі новы ген або ДНК штучна пераносіцца ў клетку арганізма з дапамогай вектараў, такіх як плазміды або мадыфікаваныя вірусы, для ўкаранення новых здольнасцей у арганізм.
У прыродзе перадача генаў або перадача генетычнай інфармацыі адбываецца пры вертыкальным размнажэнні ад бацькоў да нашчадкаў у наступныя пакаленні. Гэта агульная рыса эўкарыёт, якая дазваляе ім набываць варыяцыі для адаптацыі і эвалюцыі. Аднак у пракарыётаў, такіх як бактэрыі, генетычныя матэрыялы пераносяцца гарызантальна (ці збоку) паміж арганізмамі аднаго пакалення без удзелу размнажэння. Гэта называецца гарызантальным пераносам генаў (HGT), і гэта адзіны спосаб, якім бактэрыі могуць атрымаць новыя гены, каб адаптавацца да адмоўнага ціску адбору і развівацца для выжывання. Гэта можа адбыцца шляхам пераносу ДНК з навакольнага асяроддзя і яе інтэграцыі ў бактэрыяльную храмасому або плазміду (трансфармацыя). Гены таксама могуць быць перанесены гарызантальна ад адной бактэрыі да іншай з дапамогай віруса, які інфікуе бактэрыі, або бактэрыяфагаў (трансдукцыя), або шляхам прамога гарызантальнага пераносу генаў ад донарскай бактэрыяльнай клеткі да клеткі-рэцыпіента праз палавыя клеткі (кан'югацыя).
Хаця пераважна назіраецца ў пракарыёт, гарызантальны перанос генаў таксама звязаны з эукарыётамі. Вядома, што эндасімбіёз адыграў пэўную ролю ў эвалюцыі эўкарыёт праз перанос генаў паміж бактэрыямі і эўкарыётамі. Задакументавана некалькі выпадкаў перадачы гена эукарыёт - эукарыёт.
З'ява гарызантальнага пераносу генаў важная, бо яна спрыяе эвалюцыі. Напрыклад, гэта адказвае за развіццё штамаў бактэрый, устойлівых да антыбіётыкаў/мультылекаўстойлівасці, што з'яўляецца сур'ёзнай праблемай аховы здароўя. У сельскай гаспадарцы даўно падазравалі ролю гарызантальнага пераносу генаў паміж роднаснымі відамі грыбоў у паўторным з'яўленні выбліскаў хваробы кававага завядання.
Хвароба кававага завядання
Кава - важная таварная культура. Яго аб'ём сусветнага рынку ацэньваецца прыкладна ў 223 мільярды долараў. Кававая расліна адносіцца да роду Coffea. У яго шмат відаў, але віды Арабіка і Робуста з'яўляюцца самымі папулярнымі, на якія прыходзіцца большая частка сусветнага вытворчасці. Кава-арабіка прыходзіцца 60–80% сусветнай вытворчасці кавы, у той час Кава-канефора (шырока вядомы як Coffea robusta) складае каля 20–40%.
Хвароба кававага завядання выклікаецца глебавым грыбком Fusarium xylarioides які пранікае праз карані расліны для каланізацыі ксілемы, пагаршаючы клеткавыя сценкі для атрымання пажыўных рэчываў. Ён блакуе паглынанне вады, што прыводзіць да завядання раслін. Роднасны грыб Fusarium oxysporum таксама з'яўляецца глебавым патагенным мікраарганізмам, які распаўсюджваецца праз заражаную глебу і выклікае завяданне многіх культур, такіх як панамская хвароба бананаў, судзінкавае завяданне таматаў і г.д. F. oxysporum жыве на іншых раслінах (напрыклад, на бананах), пасеяных разам з кавай для зацянення, але дзеліць каву ў якасці гаспадара F. xylarioides.
З 1920-х гадоў кававыя пасевы ў Афрыцы перыядычна падвяргаліся ўспышкам хваробы вілту, што шкодна ўплывала на каву вытворчасць і сродкі да існавання фермераў, асабліва ў Эфіопіі і Цэнтральнай Афрыцы. Самыя раннія ўспышкі ў 1920-х гадах былі паспяхова ліквідаваны з дапамогай адпаведных сродкаў, аднак хвароба зноў узнікла ў 2000-я гады. Зрабіў узбуджальнік грыбок Fusarium xylarioides падвергнуцца эвалюцыі пасля першых выбліскаў у 1920-я гады, каб павялічыць здольнасць заражаць кававыя расліны, што прывядзе да паўторнага ўзнікнення выбліскаў? На гэта былі паказанні даследаванняў F. xylarioides набытыя гены для павышэння здольнасці да заражэння.
Даследаванне гістарычнай геномікі, апублікаванае ў 2021 годзе, пацвярджае ідэю аб тым, што кававыя расліны арабіка і робуста часткова набылі асобныя эфектарныя гены праз гарызантальны перанос з F. oxysporum. Эффекторные гены кадуюць малекулы, якія ўдзельнічаюць у ўзнікненні хваробы. Гэтыя гены экспрэсуюцца на працягу ўсяго жыццёвага цыклу грыбоў, падтрымліваючы працэс хваробы.
У нядаўнім даследаванні, апублікаваным 5 снежня 2024 г., даследчыкі правялі параўнальны геномны аналіз 13 гістарычных штамаў F. oxysporum каб зразумець, як грыбок, які выклікае хваробу завядання, эвалюцыянаваў і адаптаваўся да раслін кавы-гаспадара. Высветлілася, што F. Xylarioides мае чатыры розныя лініі: адна адаптаваная да раслін кавы арабіка, адна адаптаваная да раслін кавы робуста і дзве гістарычныя лініі, якія жылі на роднасных відах кавы. Акрамя таго, гэтыя штамы набылі важныя гены ад роднасных F. oxysporum, што дазволіла выклікаць хваробу F. xylarioides разбурэнне клеткавых сценак раслін кавы, каб выклікаць хваробу завядання. Гарызантальны перанос гена эўкарыёт-эукарыёт ад F. oxysporum у F. xylarioides дазволіў першым эфектыўна заразіць расліны кавы што робіць магчымым паўторнае з'яўленне хваробы кававага завядання.
Такое разуменне таго, як выклікаецца хвароба, можа быць карысным для больш эфектыўнай налады сельскагаспадарчай практыкі і барацьбы з хваробамі раслін.
***
Спасылкі:
- Універсітэт Каларада ў Дэнверы. Гарызантальны перанос генаў - кіраўніцтва па занятках. Даступны па адрасе https://www.ucdenver.edu/docs/librariesprovider132/a-sync_sl/genetics/upload-2/bacterial-genetics/horizontal-gene-transfer-activity-guide.pdf
- Кілінг, П., Палмер, Дж. Гарызантальны перанос генаў у эукарыятычнай эвалюцыі. Nat Rev Genet 9, 605–618 (2008). https://doi.org/10.1038/nrg2386
- Пек Л. Д. і інш. Гістарычная геноміка паказвае эвалюцыйныя механізмы, якія ляжаць у аснове шматлікіх выбліскаў спецыфічнага для гаспадара ўзбуджальніка кававага завядання Fusarium xylarioides. BMC Genomics 22, 404 (2021). Апублікавана: 04 чэрвеня 2021 г. DOI: https://doi.org/10.1186/s12864-021-07700-4
- Пек Л. Д. і інш. Гарызантальныя пераносы паміж відамі грыбоў Fusarium спрыялі паслядоўным выбліскам хваробы кававага завядання. Біялогія PLoS. Апублікавана: 5 снежня 2024 г. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002480
***