Toprak kaynaklı bir mantar olan Fusarium xylarioides, kahve mahsullerine önemli zararlar verme geçmişi olan "Kahve solgunluk hastalığı"na neden olur. 1920'lerde uygun şekilde yönetilen hastalık salgınları olmuştur. Ancak hastalık zamanla tekrar ortaya çıkmış ve ciddi mahsul hasarına neden olan salgınlara yol açmıştır. Daha önceki çalışmalar, neden olan mantar türünün ilgili türlerden genler edinerek evrimleşmiş olabileceğini göstermiştir. 5 Aralık 2024'te yayınlanan bir çalışma, kahve solgunluk hastalığı salgınlarının yeniden ortaya çıkmasının, ilgili mantar türü Fusarium oxysporum'dan neden olan tür Fusarium xylarioides'e yatay gen transferlerinden kaynaklandığını ve bu durumun neden olan mantar türünün evrimleşmesine ve mahsulleri enfekte etmek için uygun özellikler edinmesine izin vererek salgınların yeniden ortaya çıkmasına ve kahve bitkilerine zarar vermesine neden olduğunu doğrulamıştır.
Genetik mühendisliğinde, yeni bir gen veya DNA, plazmidler veya modifiye edilmiş virüsler gibi vektörler kullanılarak bir organizmanın hücresine yapay olarak aktarılır ve organizmaya yeni bir yetenek kazandırılır.
Doğada, gen transferi veya genetik bilginin aktarımı üreme sırasında ebeveynlerden yavrulara doğru nesiller boyunca dikey olarak gerçekleşir. Bu, ökaryotlarda adaptasyon ve evrim için çeşitlilik edinmelerini sağlayan yaygın bir özelliktir. Ancak bakteriler gibi prokaryotlarda, genetik materyaller üremeyi içermeden aynı neslin organizmaları arasında yatay (veya yanal) olarak aktarılır. Buna yatay gen transferi (HGT) denir ve bakterilerin negatif seçilim baskılarına uyum sağlamak ve hayatta kalmak için evrimleşmek üzere yeni genler edinebilmesinin tek yoludur. Bu, DNA'nın çevreden aktarılması ve bakteri kromozomuna veya plazmite entegre edilmesiyle (dönüşüm) gerçekleşebilir. Genler ayrıca bakteriyi enfekte eden virüs veya bakteriyofajlar (transdüksiyon) veya genlerin bir donör bakteri hücresinden bir alıcı hücreye seks pilusu (konjugasyon) yoluyla doğrudan yatay olarak aktarılmasıyla bir bakteriden diğerine yatay olarak aktarılabilir.
Prokaryotlarda baskın olarak gözlemlense de yatay gen transferi ökaryotlarla da ilişkilidir. Endosimbiyozun bakteri-ökaryot gen transferi yoluyla ökaryotik evrimde rol oynadığı bilinmektedir. Ökaryot-ökaryot gen transferinin birkaç örneği belgelenmiştir.
Yatay gen transferi olgusu evrime katkıda bulunduğu için önemlidir. Örneğin, bu, büyük bir halk sağlığı sorunu olan antibiyotik dirençli/çoklu ilaca dirençli bakteri suşlarının gelişiminden sorumludur. Tarımda, ilgili mantar türleri arasındaki yatay gen transferinin rolü, kahve solgunluğu hastalığı salgınlarının yeniden ortaya çıkmasında uzun zamandır şüphelenilmektedir.
Kahve Solgunluğu Hastalığı
Kahve önemli bir ticari üründür. Küresel pazar büyüklüğünün yaklaşık 223 milyar dolar olduğu tahmin edilmektedir. Kahve bitkisi Coffea cinsine aittir. Birçok türü vardır, ancak Arabica ve Robusta türleri küresel üretimin çoğunu oluşturan en popüler türlerdir. Coffea Arabica dünya kahve üretiminin %60-80'ini oluştururken, Çörek otu canephora (genellikle Coffea robusta olarak bilinir) yaklaşık %20-40’ını oluşturmaktadır.
Kahve solgunluğu hastalığı toprak kaynaklı bir mantardan kaynaklanır Fusarium ksilariyotları bitkinin köklerine girerek ksilemde kolonileşir ve hücre duvarlarını besin açısından bozar. Su alımını engelleyerek bitkilerin solmasına neden olur. İlgili mantar Fusarium oxysporum Ayrıca toprak yoluyla yayılan bir patojendir ve muzda Panama hastalığı, domateste damar solgunluğu gibi birçok üründe solma hastalığına neden olur. F. oksisporum gölge için kahve ile birlikte ekilen diğer bitkilerde (muz gibi) yaşar ancak kahveyi konakçı olarak paylaşır F. ksilarioides.
1920'lerden bu yana Afrika'daki kahve mahsulleri, kahveye zarar veren solgunluk hastalığı salgınlarına maruz kalıyor üretim ve çiftçilerin geçim kaynakları, özellikle Etiyopya ve Orta Afrika'da. 1920'lerdeki ilk salgınlar uygun araçlar kullanılarak başarılı bir şekilde yönetildi ancak hastalık 2000'lerde yeniden ortaya çıktı. Neden olan mantar Fusarium ksilariyotları 1920'lerdeki ilk salgınlardan sonra kahve bitkilerini enfekte etme yeteneğini artırmak ve salgınların yeniden ortaya çıkmasına neden olmak için evrim geçirmeye mi başladı? Çalışmalardan elde edilen bulgulara göre F. ksilarioides Bulaşma yeteneğini artırmak için edinilmiş genler.
2021 yılında yayınlanan tarihi genomik çalışma, Arabica ve Robusta kahve bitkilerinin yatay transfer yoluyla kısmen farklı efektör genleri edindiği fikrini destekledi. F. oksisporum. Etkileyici genler, hastalık oluşumunda rol oynayan molekülleri kodlar. Bu genler, hastalık sürecini desteklemek için mantarların yaşam döngüsü boyunca ifade edilir.
5 Aralık 2024'te yayınlanan son çalışmada, araştırmacılar 13 tarihi suşun karşılaştırmalı genomik analizini gerçekleştirdiler. F. oksisporum solgunluk hastalığına neden olan mantarın nasıl evrimleştiğini ve konakçı kahve bitkilerine nasıl adapte olduğunu anlamak için F. Ksilarioides dört farklı soyu vardır: biri arabica kahve bitkilerine adapte olmuş, biri robusta kahve bitkilerine adapte olmuş ve iki tarihi soy, ilgili kahve türlerinde yaşamıştır. Dahası, bu suşlar ilgili türlerden kritik genler edinmiştir F. oksisporum, hastalığa neden olan F. ksilarioides solgunluk hastalığına neden olmak için kahve bitkilerinin hücre duvarlarını parçalamak. Ökaryot-ökaryot yatay gen transferi F. oksisporum için F. ksilarioides birincisinin kahve bitkilerini etkili bir şekilde enfekte etmesine izin verdi Kahve solgunluğu hastalığının yeniden ortaya çıkmasını mümkün kılıyor.
Hastalığın nasıl oluştuğuna ilişkin bu anlayış, tarımsal uygulamaların ince ayarlanmasında ve bitki hastalıklarının daha etkili bir şekilde yönetilmesinde faydalı olabilir.
***
Referanslar:
- Colorado Denver Üniversitesi. Yatay Gen Transferi – aktivite rehberi. Şurada mevcuttur https://www.ucdenver.edu/docs/librariesprovider132/a-sync_sl/genetics/upload-2/bacterial-genetics/horizontal-gene-transfer-activity-guide.pdf
- Keeling, P., Palmer, J. Ökaryotik evrimde yatay gen aktarımı. Nat Rev Genet 9, 605–618 (2008). https://doi.org/10.1038/nrg2386
- Peck, LD, ve diğerleri. Tarihsel genomik, konakçıya özgü kahve solgunluğu patojeni Fusarium xylarioides'in birden fazla salgınının ardındaki evrimsel mekanizmaları ortaya koyuyor. BMC Genomics 22, 404 (2021). Yayımlandı: 04 Haziran 2021. DOI: https://doi.org/10.1186/s12864-021-07700-4
- Peck LD ve diğerleri. Fungal Fusarium türleri arasındaki yatay transferler, kahve solgunluğu hastalığının ardışık salgınlarına katkıda bulunmuştur. PLoS Biology. Yayımlanma tarihi: 5 Aralık 2024. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002480
***
