土壌伝染性の菌類であるフザリウム・キシラリオイデスは、コーヒー農作物に重大な被害を与えてきた歴史を持つ「コーヒー萎凋病」を引き起こします。1920年代にこの病気が発生した際は適切に管理されました。しかし、やがてこの病気が再発し、深刻な農作物被害を引き起こす大発生につながりました。以前の研究では、原因菌種が関連種から遺伝子を獲得して進化した可能性があることが示されていました。5年2024月XNUMX日に発表された研究では、コーヒー萎凋病の再発生は、関連菌種であるフザリウム・オキシスポラムから原因菌種であるフザリウム・キシラリオイデスへの水平遺伝子伝播によるものであり、これにより原因菌種が進化し、作物に感染するのに適した形質を獲得し、再び発生してコーヒーの木に被害をもたらしたことが確認されました。
遺伝子工学では、プラスミドや改変されたウイルスなどのベクターを使用して、新しい遺伝子または DNA を人工的に生物の細胞に導入し、生物に新しい能力を導入します。
自然界では、遺伝子の移動、つまり遺伝情報の伝達は、生殖において親から子孫へと垂直に行われます。これは真核生物に共通する特徴で、適応と進化のために変異を獲得することを可能にします。しかし、細菌などの原核生物では、遺伝物質は生殖を伴わずに、同じ世代の生物間で水平（または横方向）に移動します。これは水平遺伝子移動（HGT）と呼ばれ、細菌が負の選択圧に適応し、生存のために進化するための新しい遺伝子を獲得できる唯一の方法です。これは、環境から DNA を移動し、それを細菌の染色体またはプラスミドに統合することによって起こります（形質転換）。また、細菌感染ウイルスまたはバクテリオファージによって（形質導入）、または性線毛を介してドナー細菌細胞からレシピエント細胞に遺伝子を直接水平移動させることによって（接合）遺伝子をある細菌から別の細菌に水平に移動させることもできます。
水平遺伝子伝達は主に原核生物で観察されますが、真核生物にも関連しています。細胞内共生は細菌と真核生物間の遺伝子伝達を通じて真核生物の進化に役割を果たしてきたことが知られています。真核生物間の遺伝子伝達の例がいくつか記録されています。
水平遺伝子伝播の現象は、進化に寄与する点で重要です。たとえば、抗生物質耐性/多剤耐性菌株の発生は、公衆衛生上の大きな問題です。農業では、コーヒー萎凋病の発生再発には、関連する菌類種間の水平遺伝子伝播が関与しているのではないかと長い間疑われてきました。
コーヒー萎凋病
コーヒーは重要な商業作物です。世界市場規模は約 223 億ドルと推定されています。コーヒーノキはコーヒーノキ属に属します。コーヒーノキには多くの種類がありますが、アラビカ種とロブスタ種が最も人気があり、世界の生産量の大部分を占めています。 アラビカ 世界のコーヒー生産量の60～80％を占め、 コーヒーカネフォラ （一般にロブスタコーヒーとして知られる） 約20～40％を占めます。
コーヒー萎凋病は土壌に生息する真菌によって引き起こされる フザリウムキシラリオイデス 作物の根から侵入し、木部に定着して細胞壁を分解して栄養分を得る。水分の吸収を阻害し、植物を枯らしてしまう。関連する菌類は フザリウム·オキシスポラム また、土壌伝染病原体でもあり、感染した土壌を通じて広がり、バナナのパナマ病、トマトの維管束萎凋病など、多くの作物の萎凋病の原因となります。 F.オキシスポラム 日陰を作るためにコーヒーと混植されている他の植物（バナナなど）に生息するが、宿主としてコーヒーを共有する。 F.キシラリオイデス。
1920年代以来、アフリカのコーヒー農作物は、コーヒーに損害を与える萎凋病の定期的な発生に見舞われてきました。 製造 エチオピアや中央アフリカでは特に、農民の生活と経済に大きな打撃を与えました。1920年代に発生した最初の流行は適切な手段でうまく管理されましたが、2000年代に再び発生しました。原因菌は フザリウムキシラリオイデス 1920年代の最初の流行後、コーヒーの木に感染する能力を高めるために進化を遂げ、再び流行が起こったのだろうか？研究から、 F.キシラリオイデス 感染能力を高めるために遺伝子を獲得した。
2021年に発表された歴史的ゲノム研究では、アラビカ種とロブスタ種のコーヒー植物が水平伝播によって部分的に異なるエフェクター遺伝子を獲得したという考えが支持された。 F.オキシスポルム。 エフェクター遺伝子は、病気の発症に関与する分子をコード化します。これらの遺伝子は、病気の進行をサポートするために、菌類のライフサイクル全体にわたって発現します。
5年2024月13日に発表された最近の研究では、研究者らはXNUMXの歴史的系統の比較ゲノム解析を実施し、 F.オキシスポラム 萎凋病を引き起こす菌がどのように進化し、宿主であるコーヒーノキに適応したかを理解するために、 F.キシラリオイデス 4つの異なる系統があります。1つはアラビカコーヒーの木に適応したもの、1つはロブスタコーヒーの木に適応したもの、そして関連するコーヒーの種に生息していた2つの歴史的な系統です。さらに、これらの系統は関連する種から重要な遺伝子を獲得しました。 F.オキシスポルム、 病気の原因となる F.キシラリオイデス コーヒーノキの細胞壁を破壊して萎凋病を引き起こす。真核生物から真核生物への水平遺伝子伝達は、 F.オキシスポラム 〜へ F.キシラリオイデス 前者はコーヒーの木に効果的に感染することができた コーヒー萎凋病が再発する可能性があります。
病気がどのように発生するかを理解することは、農業慣行を微調整し、植物病害をより効果的に管理するのに役立つ可能性があります。
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参照：
- コロラド大学デンバー校。水平遺伝子伝達 – アクティビティガイド。入手可能。 https://www.ucdenver.edu/docs/librariesprovider132/a-sync_sl/genetics/upload-2/bacterial-genetics/horizontal-gene-transfer-activity-guide.pdf
- Keeling, P., Palmer, J. 真核生物の進化における水平遺伝子移動。Nat Rev Genet 9, 605–618 (2008)。 https://doi.org/10.1038/nrg2386
- Peck, LD, et al. 歴史的ゲノム解析により、宿主特異的コーヒー萎凋病菌 Fusarium xylarioides の複数回の発生の背後にある進化メカニズムが明らかに。BMC Genomics 22, 404 (2021)。発行日: 04 年 2021 月 XNUMX 日。DOI: https://doi.org/10.1186/s12864-021-07700-4
- Peck LD、et al. 真菌フザリウム種間の水平伝播がコーヒー萎凋病の連続的発生に寄与した。PLoS Biology。発行日：5年2024月XNUMX日。DOI： https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002480
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