Śmiertelny 70-letni grzyb kawowy został przywrócony do życia przez naukowców – oto dlaczego

Naukowcy reaktywowali próbki grzyba, który powoduje więdnięcie kawy, aby odkryć, jak rozwijała się choroba i jak można zapobiegać jej rozprzestrzenianiu się.

Choroba więdnięcia kawy jest wywoływana przez grzyba, który od lat 20. XX wieku doprowadził do niszczącej epidemii w Afryce Subsaharyjskiej i obecnie dotyka dwóch najpopularniejszych kaw w Afryce: Arabiki i Robusty.

Nowe badania pokazują, że grzyb prawdopodobnie zwiększył swoją zdolność do infekowania roślin kawy poprzez pozyskiwanie genów z blisko spokrewnionego grzyba, który powoduje chorobę więdnięcia wielu upraw, w tym chorobę panamską bananów.

Naukowcy twierdzą, że ta wiedza może pomóc rolnikom zmniejszyć ryzyko pojawienia się nowych szczepów chorób, na przykład poprzez niesadzenie kawy z innymi uprawami lub zapobieganie gromadzeniu się resztek roślinnych, które mogą zawierać pokrewne grzyby.

zrównoważone rozwiązania

zespół badawczy z Imperial University of London, Oxford University, a rolnicza organizacja non-profit CABI twierdzą również, że badanie historycznych okazów w kolekcji kultur CABI może dostarczyć bogactwa wglądu w rozwój chorób upraw i znalezienia nowych, zrównoważonych sposobów ich zwalczania. Badanie zostało opublikowane dzisiaj w Genomika BMC.

Pierwsza autorka badania Lily Beck wykłada Science and Solutions for a PhD Training Partnership in a Changing Planet w Grantham Institute i Department of Life Sciences w Imperial. Powiedziała: „Stosowanie rosnących ilości chemikaliów i fungicydów w walce z pojawiającymi się chorobami upraw nie jest ani zrównoważone, ani niedrogie dla wielu rolników.

„Jeśli zamiast tego zrozumiemy, jak ewoluują nowe rodzaje chorób, będziemy mogli zapewnić rolnikom wiedzę, której potrzebują, aby przede wszystkim zmniejszyć ryzyko pojawienia się nowych chorób”.

Specjalne szczepy kawy

Zespół reanimował schłodzone próbki grzyba wywołującego chorobę więdnięcia kawy. Miały miejsce dwa poważne wybuchy choroby, w latach 20. i 50. oraz w latach 90., które nadal powodują szkody.

Na przykład w 2011 roku w Tanzanii zabito przez więdnięcie 55 000 drzew kawy Robusta, niszcząc w tym czasie 160 bilionów kaw – co odpowiada ponad 22 milionom filiżanek kawy.

Kawowiec został zabity przez chorobę więdnięcia kawy. kredyt: kaby

Na początku wybuchu epidemii w latach dwudziestych XX wieku choroba więdnięcia kawy zainfekowała szeroką gamę odmian kawy, a w latach pięćdziesiątych została opanowana poprzez takie praktyki zarządzania, jak palenie zarażonych drzew, poszukiwanie naturalnej odporności w kawie i programy hodowlane, które wyselekcjonowane Bardziej odporne odmiany roślin.

Jednak choroba ponownie pojawiła się w latach siedemdziesiątych i rozprzestrzeniła się szeroko w latach dziewięćdziesiątych. Zidentyfikowano dwie oddzielne grupy chorób, z których każda infekuje określony rodzaj kawy: jedna zaraża kawę Arabika w Etiopii, a druga zaraża kawę robusta w Afryce Wschodniej i Środkowej. Zespół chciał zbadać, w jaki sposób powstały te dwa szczepy.

Wymiana genów

W bezpiecznym laboratorium CABI obudzili dwa szczepy z pierwotnej epidemii, zebrane w latach pięćdziesiątych i zdeponowane w kolekcji CABI, oraz dwa z dwóch szczepów grzybów specyficznych dla kawy, ostatni z 2003 roku. Potem to zrobili. Zsekwencjonował i zbadał genomy grzybów DNA Po dowody zmian, które mogłyby im pomóc trafić w te konkretne kawy.

Odkryli, że nowsze, różnorodne grzyby mają większe genomy niż poprzednie szczepy, i zidentyfikowali geny, które mogą pomóc grzybom przezwyciężyć mechanizmy obronne roślin i przetrwać w roślinach, powodując choroby.

Stwierdzono również, że te geny są bardzo podobne do genów innego blisko spokrewnionego grzyba, który atakuje ponad 120 różnych upraw, w tym banany w Afryce Subsaharyjskiej, powodując chorobę panamską, która obecnie niszczy najpopularniejszy obecnie gatunek, banana Cavendish. . .

Chociaż wiadomo, że szczepy tego infekującego banana grzyba są zdolne do wymiany genów, co daje zdolność do infekowania nowych odmian, potencjalny transfer ich genów do różnych gatunków grzybów nie był wcześniej obserwowany.

Zespół zauważył jednak, że te dwa gatunki czasami żyją bardzo blisko korzeni roślin kawowych i bananowych, więc możliwe jest, że grzyb kawowy nabył te korzystne geny od swojego naturalnego sąsiada z bananami.

Kawa i banany są często uprawiane razem, ponieważ rośliny kawy lubią cień, który zapewniają wyższe rośliny bananowe. Naukowcy twierdzą, że ich badania mogą wskazywać, że niesadzenie razem upraw z blisko spokrewnionymi chorobami, takimi jak banany i kawa, może zmniejszyć prawdopodobieństwo pojawienia się nowych szczepów grzybów zabijających kawę.

ewolucja epidemii

Naukowcy wykorzystują teraz reaktywowane szczepy do infekowania roślin kawy w laboratorium, aby dokładnie zbadać, w jaki sposób grzyb infekuje roślinę, co może zapewnić inne sposoby zapobiegania rozprzestrzenianiu się choroby.

Pomysły można również zastosować do roślin z różnych upraw, gdzie inne blisko spokrewnione patogeny roślin mogą wykonywać podobne skoki, powodując pojawienie się nowych chorób. Po wykazaniu wartości badania próbek historycznych pod kątem chorób roślin, zespół planuje powtórzyć badanie z innymi chorobami przechowywanymi w kolekcji CABI, w której znajduje się 30 000 próbek zebranych z całego świata w ciągu ostatnich 100 lat.

Główny badacz, profesor Timothy Barclau z Wydziału Zoologii w Oksfordzie i Wydziału Nauk Przyrodniczych w Imperial, powiedział: „Podejście historyczne pokazuje nam, co dzieje się z patogenami roślin przed i po wystąpieniu nowej choroby. Następnie możemy zbadać mechanizmy ewolucji i poprawić prognozy dotyczące tego, jak podobne epidemie mogą wystąpić w przyszłości.

„Naszym celem jest powtórzenie tego badania wielu patogenów roślinnych, a ostatecznie stworzenie »zestawu reguł« ewolucji patogenności, co pomoże nam zapobiegać przyszłym epidemiom tam, gdzie to możliwe”.

Odniesienie: „Genomika historyczna ujawnia mechanizmy ewolucyjne stojące za wielokrotnymi wybuchami choroby więdnięcia kawy gospodarza Fusarium xylarioides” autorstwa Lily de Beek, Robin W. Noel, Julie Flood, Matthew Ryan i Timothy J. Baraclaw, 4 czerwca 2021 i Genomika BMC.
DOI: 10.1186 / s12864-021-07700-4