Fusarium xylarioides, un hongo transmitido por el suelo, causa la “enfermedad del marchitamiento del café”, que tiene antecedentes de causar daños significativos a los cultivos de café. Hubo brotes de la enfermedad en la década de 1920 que se manejaron adecuadamente. Sin embargo, la enfermedad reapareció a su debido tiempo y provocó brotes que causaron graves daños a los cultivos. Estudios anteriores habían indicado que la especie de hongo causante puede haber evolucionado adquiriendo genes de especies relacionadas. Un estudio publicado el 5 de diciembre de 2024 ha confirmado que la reaparición de brotes de la enfermedad del marchitamiento del café se debió a transferencias horizontales de genes de la especie de hongo relacionada Fusarium oxysporum a la especie causante Fusarium xylarioides, lo que permitió que la especie de hongo causal evolucionara y adquiriera rasgos adecuados para infectar los cultivos, lo que provocó la reaparición de brotes y daños a las plantas de café.
En la ingeniería genética, se transfiere artificialmente un nuevo gen o ADN a la célula de un organismo utilizando vectores como plásmidos o virus modificados para introducir una nueva capacidad en un organismo.
En la naturaleza, la transferencia de genes o transmisión de información genética se produce en la reproducción verticalmente de los padres a los hijos a lo largo de las generaciones. Esta es una característica común en los eucariotas que les permite adquirir variación para la adaptación y la evolución. Sin embargo, en los procariotas, como las bacterias, los materiales genéticos se transfieren horizontalmente (o lateralmente) entre organismos de la misma generación sin que haya reproducción. Esto se llama transferencia horizontal de genes (HGT) y es la única forma en que las bacterias pueden adquirir nuevos genes para adaptarse a las presiones de selección negativa y evolucionar para sobrevivir. Esto puede suceder mediante la transferencia de ADN del entorno y su integración en el cromosoma o plásmido bacteriano (transformación). Los genes también pueden transferirse horizontalmente de una bacteria a otra mediante virus o bacteriófagos que infectan a las bacterias (transducción), o mediante la transferencia horizontal directa de genes de una célula bacteriana donante a una célula receptora a través del pilo sexual (conjugación).
Aunque la transferencia horizontal de genes se observa predominantemente en procariotas, también se asocia con eucariotas. Se sabe que la endosimbiosis ha desempeñado un papel en la evolución eucariota a través de la transferencia de genes entre bacterias y eucariotas. Se han documentado varios casos de transferencia de genes entre eucariotas.
El fenómeno de la transferencia horizontal de genes es importante porque contribuye a la evolución. Por ejemplo, es responsable del desarrollo de cepas de bacterias resistentes a los antibióticos y a múltiples fármacos, lo que constituye un importante problema de salud pública. En la agricultura, desde hace tiempo se sospecha que la transferencia horizontal de genes entre especies fúngicas relacionadas desempeña un papel en la reaparición de brotes de la enfermedad del marchitamiento del café.
Enfermedad del marchitamiento del café
El café es un cultivo comercial importante. Se estima que el tamaño de su mercado mundial es de unos 223 mil millones de dólares. La planta del café pertenece al género Coffea. Tiene muchas especies, pero las especies Arábica y Robusta son las más populares y representan la mayor parte de la producción mundial. Coffea arabica representa entre el 60 y el 80% de la producción mundial de café, mientras que Coffea canephora (comúnmente conocida como Coffea robusta) representa aproximadamente entre el 20 y el 40%.
La enfermedad del marchitamiento del café es causada por un hongo transmitido por el suelo. Fusarium xylarioides que entra a través de las raíces del cultivo para colonizar el xilema degradando las paredes celulares para obtener nutrientes. Bloquea la absorción de agua, lo que provoca el marchitamiento de las plantas. El hongo relacionado Fusarium oxysporum También es un patógeno transmitido por el suelo que se propaga a través del suelo infestado y es responsable de la enfermedad del marchitamiento en muchos cultivos, como la enfermedad de Panamá en el banano, el marchitamiento vascular del tomate, etc. F. oxysporum Vive en otras plantas (como el banano) intercaladas con café para dar sombra, pero comparte el café como huésped con F. xylarioides.
Desde la década de 1920, los cultivos de café en África han sufrido brotes periódicos de la enfermedad del marchitamiento con efectos perjudiciales para el café. Production y el sustento de los agricultores, en particular en Etiopía y África central. Los primeros brotes en la década de 1920 se controlaron con éxito utilizando medios adecuados, pero la enfermedad reapareció en la década de 2000. ¿El hongo causante Fusarium xylarioides ¿Se produjo una evolución después de los brotes iniciales en la década de 1920, de modo que aumentó su capacidad de infectar las plantas de café y provocó la reaparición de los brotes? Los estudios indicaban que F. xylarioides genes adquiridos para mejorar la capacidad de infectar.
Un estudio de genómica histórica publicado en 2021 respaldó la idea de que las plantas de café arábica y robusta adquirieron en parte genes efectores distintos a través de la transferencia horizontal de F. oxysporum. Los genes efectores codifican moléculas que intervienen en el establecimiento de enfermedades. Estos genes se expresan a lo largo del ciclo de vida de los hongos para favorecer el proceso de la enfermedad.
En el estudio reciente publicado el 5 de diciembre de 2024, los investigadores realizaron un análisis genómico comparativo de 13 cepas históricas de F. oxysporum Para entender cómo evolucionó el hongo que causa la enfermedad del marchitamiento y se adaptó a las plantas de café que las hospedan. Se descubrió que F. Xylaroides Tiene cuatro linajes distintos: uno adaptado a las plantas de café arábico, otro adaptado a las plantas de café robusta y dos linajes históricos que vivieron en especies de café relacionadas. Además, estas cepas habían adquirido genes críticos de las plantas relacionadas. F. oxysporum, que permitió la enfermedad causante F. xylarioides para romper las paredes celulares de las plantas de café y provocar la enfermedad del marchitamiento. La transferencia horizontal de genes eucariota-eucariota F. oxysporum a F. xylarioides Permitió al primero infectar las plantas de café de manera efectiva haciendo posible el resurgimiento de la enfermedad del marchitamiento del café.
Esta comprensión de cómo se produce la enfermedad puede ser útil para perfeccionar las prácticas agrícolas y gestionar las enfermedades de las plantas de manera más eficaz.
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Referencias:
- Universidad de Colorado en Denver. Transferencia horizontal de genes: guía de actividades. Disponible en https://www.ucdenver.edu/docs/librariesprovider132/a-sync_sl/genetics/upload-2/bacterial-genetics/horizontal-gene-transfer-activity-guide.pdf
- Keeling, P., Palmer, J. Transferencia horizontal de genes en la evolución eucariota. Nat Rev Genet 9, 605–618 (2008). https://doi.org/10.1038/nrg2386
- Peck, LD, et al. La genómica histórica revela los mecanismos evolutivos detrás de múltiples brotes del patógeno del marchitamiento del café específico del hospedador Fusarium xylarioides. BMC Genomics 22, 404 (2021). Publicado: 04 de junio de 2021. DOI: https://doi.org/10.1186/s12864-021-07700-4
- Peck LD, et al. Las transferencias horizontales entre especies de hongos Fusarium contribuyeron a brotes sucesivos de la enfermedad del marchitamiento del café. PLoS Biology. Publicado: 5 de diciembre de 2024. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002480
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