Fusarium xylarioides, un fungo trasmesso dal suolo, causa la "malattia del caffè appassito" che ha una storia di danni significativi alle colture di caffè. Ci sono stati focolai della malattia negli anni '1920 che sono stati gestiti in modo appropriato. Tuttavia, la malattia si è ripresentata a tempo debito, portando a focolai che hanno causato gravi danni alle colture. Studi precedenti avevano indicato che la specie fungina causale potrebbe essersi evoluta acquisendo geni da specie correlate. Uno studio pubblicato il 5 dicembre 2024 ha confermato che la ricomparsa di focolai di malattia del caffè era dovuta a trasferimenti genici orizzontali dalla specie fungina correlata Fusarium oxysporum alla specie causale Fusarium xylarioides che ha permesso alla specie fungina causale di evolversi e acquisire tratti adatti per infettare le colture, portando alla ricomparsa di focolai e danni alle piante di caffè.
Nell'ingegneria genetica, un nuovo gene o DNA viene trasferito artificialmente nella cellula di un organismo utilizzando vettori come plasmidi o virus modificati per introdurre nuove capacità nell'organismo.
In natura, il trasferimento genico o la trasmissione di informazioni genetiche avviene nella riproduzione verticalmente dai genitori alla prole di generazione in generazione. Questa è una caratteristica comune negli eucarioti che consente loro di acquisire variazione per adattamento ed evoluzione. Nei procarioti come nei batteri, tuttavia, il materiale genetico viene trasferito orizzontalmente (o lateralmente) tra organismi della stessa generazione senza coinvolgere la riproduzione. Questo è chiamato trasferimento genico orizzontale (HGT) ed è l'unico modo in cui i batteri possono acquisire nuovi geni per adattarsi alle pressioni di selezione negativa ed evolversi per sopravvivere. Ciò può avvenire tramite il trasferimento di DNA dall'ambiente e la sua integrazione nel cromosoma o plasmide batterico (trasformazione). I geni possono anche essere trasferiti orizzontalmente da un batterio all'altro tramite virus o batteriofagi che infettano i batteri (trasduzione), o tramite trasferimento orizzontale diretto di geni da una cellula batterica donatrice a una cellula ricevente tramite pilo sessuale (coniugazione).
Sebbene osservato prevalentemente nei procarioti, il trasferimento genico orizzontale è associato anche agli eucarioti. È noto che l'endosimbiosi ha svolto un ruolo nell'evoluzione eucariotica attraverso il trasferimento genico batteri-eucarioti. Sono stati documentati diversi casi di trasferimento genico eucarioti-eucarioti.
Il fenomeno del trasferimento genico orizzontale è significativo perché contribuisce all'evoluzione. Ad esempio, è responsabile dello sviluppo di ceppi di batteri resistenti agli antibiotici/multifarmaco-resistenti, che rappresentano un importante problema di salute pubblica. In agricoltura, il ruolo del trasferimento genico orizzontale tra specie fungine correlate è stato a lungo sospettato nella ricomparsa di focolai di malattia del caffè.
Malattia dell'appassimento del caffè
Il caffè è un'importante coltura commerciale. Si stima che le dimensioni del suo mercato globale siano di circa 223 miliardi di dollari. La pianta del caffè appartiene al genere Coffea. Ha molte specie, ma le specie Arabica e Robusta sono le più popolari e rappresentano la maggior parte della produzione globale. Coffea arabica rappresenta il 60-80% della produzione mondiale di caffè, mentre Coffea canephora (comunemente nota come Coffea robusta) rappresenta circa il 20-40%.
La malattia del caffè è causata da un fungo trasmesso dal suolo Fusarium xylarioides che entra attraverso le radici della coltura per colonizzare lo xilema degradando le pareti cellulari per i nutrienti. Blocca l'assorbimento dell'acqua portando all'appassimento delle piante. Il fungo correlato Fusarium oxysporum è anche un agente patogeno trasmesso dal suolo che si diffonde attraverso il terreno infestato ed è responsabile della malattia dell'avvizzimento in molte colture, come la malattia di Panama nelle banane, l'avvizzimento vascolare del pomodoro, ecc. F. oxysporum vive su altre piante (come la banana) intercoltivate con il caffè per l'ombra ma condivide il caffè come ospite con Specie F. xylarioides.
Dagli anni '1920, le coltivazioni di caffè in Africa hanno subito periodiche epidemie di malattie da avvizzimento con un impatto dannoso sul caffè produzione e il sostentamento degli agricoltori, in particolare in Etiopia e nell'Africa centrale. I primi focolai negli anni '1920 furono gestiti con successo utilizzando mezzi appropriati, tuttavia la malattia riemerse negli anni 2000. Il fungo causale Fusarium xylarioides subiscono un'evoluzione dopo le epidemie iniziali degli anni '1920 in modo da migliorare la capacità di infettare le piante di caffè, portando alla ricomparsa delle epidemie? Ci sono state indicazioni da studi che F. xylarioides geni acquisiti per migliorare la capacità di infettare.
Uno studio di genomica storica pubblicato nel 2021 ha supportato l'idea che le piante di caffè arabica e robusta abbiano acquisito in parte geni effettori distinti tramite trasferimento orizzontale da Specie F. oxysporum. I geni effettori codificano molecole coinvolte nell'instaurazione della malattia. Questi geni sono espressi durante tutto il ciclo di vita dei funghi per supportare il processo della malattia.
Nel recente studio pubblicato il 5 dicembre 2024, i ricercatori hanno condotto un'analisi genomica comparativa di 13 ceppi storici di F. oxysporum per capire come il fungo che causa la malattia dell'avvizzimento si è evoluto e adattato alle sue piante di caffè ospiti. Si è scoperto che F. xylarioides ha quattro linee distinte: una adattata alle piante di caffè arabica, una adattata alle piante di caffè robusta e due linee storiche che vivevano su specie di caffè correlate. Inoltre, queste varietà avevano acquisito geni critici dalle specie correlate F. oxysporum, che ha permesso la malattia che causa F. xylarioides per rompere le pareti cellulari delle piante di caffè e causare la malattia dell'avvizzimento. Il trasferimento genico orizzontale eucariote-eucariote da F. oxysporum a F. xylarioides ha permesso al primo di infettare efficacemente le piante di caffè rendendo possibile la ricomparsa della malattia del caffè.
Comprendere le cause della malattia può rivelarsi utile per perfezionare le pratiche agricole e gestire più efficacemente le malattie delle piante.
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Riferimenti:
- University of Colorado Denver. Trasferimento genico orizzontale – guida alle attività. Disponibile su https://www.ucdenver.edu/docs/librariesprovider132/a-sync_sl/genetics/upload-2/bacterial-genetics/horizontal-gene-transfer-activity-guide.pdf
- Keeling, P., Palmer, J. Trasferimento genico orizzontale nell'evoluzione eucariotica. Nat Rev Genet 9, 605–618 (2008). https://doi.org/10.1038/nrg2386
- Peck, LD, et al. La genomica storica rivela i meccanismi evolutivi alla base di molteplici focolai del patogeno ospite-specifico Fusarium xylarioides, responsabile dell'avvizzimento del caffè. BMC Genomics 22, 404 (2021). Pubblicato: 04 giugno 2021. DOI: https://doi.org/10.1186/s12864-021-07700-4
- Peck LD, et al. I trasferimenti orizzontali tra specie fungine di Fusarium hanno contribuito a successive epidemie di malattia del caffè. PLoS Biology. Pubblicato: 5 dicembre 2024. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002480
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