"الانتقالات الجينية الأفقية" بين الفطريات أدت إلى تفشي مرض ذبول القهوة 

يتسبب فطر الفيوزاريوم زيلاريويدس، وهو فطر ينتقل عن طريق التربة، في "مرض ذبول القهوة" الذي له تاريخ في التسبب في أضرار جسيمة لمحاصيل البن. وقد حدثت فاشيات للمرض في عشرينيات القرن الماضي وتم التعامل معها بشكل مناسب. ومع ذلك، ظهر المرض مرة أخرى في الوقت المناسب مما أدى إلى تفشيات تسببت في أضرار جسيمة للمحاصيل. أشارت دراسات سابقة إلى أن النوع الفطري المسبب ربما تطور من خلال اكتساب جينات من الأنواع ذات الصلة. وأكدت دراسة نُشرت في 1920 ديسمبر 5 أن ظهور فاشيات مرض ذبول القهوة من جديد كان بسبب عمليات نقل الجينات الأفقية من الأنواع الفطرية ذات الصلة فيوزاريوم أوكسبوروم إلى النوع المسبب فيوزاريوم زيلاريويدس مما سمح للأنواع الفطرية المسببة بالتطور واكتساب السمات المناسبة لإصابة المحاصيل مما أدى إلى ظهور فاشيات جديدة وإلحاق الضرر بنباتات البن.  

في الهندسة الوراثية، يتم نقل جين أو حمض نووي جديد بشكل مصطنع إلى خلية الكائن الحي باستخدام ناقلات مثل البلازميدات أو الفيروسات المعدلة لإدخال قدرات جديدة إلى الكائن الحي.  

في الطبيعة، يتم نقل الجينات أو نقل المعلومات الوراثية في التكاثر عموديًا من الآباء إلى الأبناء عبر الأجيال. هذه سمة مشتركة في حقيقيات النوى تمكنها من اكتساب التنوع من أجل التكيف والتطور. ومع ذلك، في بدائيات النوى مثل البكتيريا، يتم نقل المواد الوراثية أفقيًا (أو جانبيًا) بين الكائنات الحية من نفس الجيل دون إشراك التكاثر. يُطلق على هذا النقل الأفقي للجينات (HGT) وهو الطريقة الوحيدة التي يمكن للبكتيريا من خلالها اكتساب جينات جديدة للتكيف مع ضغوط الانتقاء السلبية والتطور من أجل البقاء. يمكن أن يحدث هذا عن طريق نقل الحمض النووي من البيئة ودمجه في كروموسوم البكتيريا أو البلازميد (التحول). يمكن أيضًا نقل الجينات أفقيًا من بكتيريا إلى أخرى عن طريق فيروسات أو عاثيات البكتيريا التي تصيب البكتيريا (التحويل)، أو عن طريق النقل الأفقي المباشر للجينات من خلية بكتيرية مانحة إلى خلية متلقية عبر شعرة الجنس (الاقتران).  

على الرغم من ملاحظة انتقال الجينات الأفقي بشكل أساسي في بدائيات النوى، إلا أنه يرتبط أيضًا بحقيقيات النوى. ومن المعروف أن التعايش التكافلي لعب دورًا في تطور حقيقيات النوى من خلال انتقال الجينات من البكتيريا إلى حقيقيات النوى. وقد تم توثيق العديد من حالات انتقال الجينات من حقيقيات النوى إلى حقيقيات النوى.  

إن ظاهرة النقل الجيني الأفقي مهمة لأنها تساهم في التطور. على سبيل المثال، هذا هو المسؤول عن تطوير سلالات من البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية/المقاومة للأدوية المتعددة والتي تعد قضية صحية عامة رئيسية. في الزراعة، كان هناك شك منذ فترة طويلة في دور النقل الجيني الأفقي بين الأنواع الفطرية ذات الصلة في إعادة ظهور تفشي مرض ذبول القهوة.  

مرض ذبول القهوة 

القهوة محصول تجاري مهم، ويقدر حجم سوقه العالمية بنحو 223 مليار دولار. ينتمي نبات القهوة إلى جنس Coffea، وله العديد من الأنواع، لكن الأنواع الأكثر شعبية هي أرابيكا وروبوستا، والتي تشكل معظم الإنتاج العالمي. قهوة الأرابيكا تمثل 60-80% من إنتاج القهوة في العالم، في حين بأصل جذر نبتة البن القصبي (Coffea canephora)، (المعروفة عمومًا باسم Coffea robusta) تمثل حوالي 20-40%. 

مرض ذبول القهوة يسببه فطر ينتقل عبر التربة فوزاريوم زيلاريويدس الذي يدخل من خلال جذور المحصول لاستعمار الخشب وتفتيت جدران الخلايا للحصول على العناصر الغذائية. كما أنه يمنع امتصاص الماء مما يؤدي إلى ذبول النباتات. الفطر المرتبط الفيوزاريوم أوكسيسبورم وهو أيضًا مسبب مرض ينتقل عن طريق التربة وينتشر من خلال التربة المصابة وهو المسؤول عن مرض الذبول في العديد من المحاصيل مثل مرض بنما في الموز وذبول الأوعية الدموية في الطماطم وما إلى ذلك. واو أوكسيسبوروم تعيش على نباتات أخرى (مثل الموز) تزرع مع القهوة للحصول على الظل ولكنها تشترك في القهوة كمضيف مع ف. زيلاريويدس.  

منذ عشرينيات القرن العشرين، عانت محاصيل البن في أفريقيا من تفشي مرض الذبول بشكل دوري، مما كان له تأثير ضار على البن. إنتاج وسبل عيش المزارعين، وخاصة في إثيوبيا ووسط أفريقيا. وقد تم التعامل بنجاح مع أولى حالات تفشي المرض في عشرينيات القرن العشرين باستخدام الوسائل المناسبة، إلا أن المرض عاد إلى الظهور في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين. هل تسبب الفطر المسبب في حدوث هذه المشكلة؟ فوزاريوم زيلاريويدس هل تخضع هذه البكتيريا للتطور بعد تفشيها لأول مرة في عشرينيات القرن العشرين بحيث تعزز قدرتها على إصابة نباتات البن مما يؤدي إلى إعادة ظهور تفشيها؟ كانت هناك مؤشرات من الدراسات على أن ف. زيلاريويدس الجينات المكتسبة لتعزيز القدرة على العدوى.  

دعمت دراسة جينومية تاريخية نُشرت في عام 2021 فكرة أن نباتات القهوة العربية والروبوستا اكتسبت جزئيًا جينات مؤثرة مميزة عن طريق النقل الأفقي من ف. أوكسبوروم. تشفر الجينات المؤثرة الجزيئات المشاركة في إحداث المرض. يتم التعبير عن هذه الجينات طوال دورة حياة الفطريات لدعم عملية المرض.  

في الدراسة الحديثة التي نُشرت في 5 ديسمبر 2024، أجرى الباحثون تحليلًا جينوميًا مقارنًا لـ 13 سلالة تاريخية من واو أوكسيسبوروم لفهم كيفية تطور الفطريات المسببة لمرض الذبول وتكيفها مع نباتات القهوة المضيفة. وقد وجد أن ف. زيلاريويدس تحتوي على أربعة سلالات مميزة: واحدة تتكيف مع نباتات البن العربي، وأخرى تتكيف مع نباتات البن الروبوستا، وسلالتان تاريخيتان عاشتا على أنواع البن ذات الصلة. وعلاوة على ذلك، اكتسبت هذه السلالات جينات حاسمة من الأنواع ذات الصلة ف. أوكسبوروم، التي مكنت من التسبب في المرض ف. زيلاريويدس لتكسير جدران خلايا نباتات البن مما يسبب مرض الذبول. يتم نقل الجينات الأفقية من حقيقيات النوى إلى حقيقيات النوى من واو أوكسيسبوروم إلى ف. زيلاريويدس سمح للأول بإصابة نباتات القهوة بشكل فعال مما يجعل ظهور مرض ذبول القهوة مرة أخرى ممكنا.  

إن فهم كيفية حدوث المرض قد يكون مفيدًا في ضبط الممارسات الزراعية وإدارة أمراض النبات بشكل أكثر فعالية.   

*** 

المراجع:  

1. جامعة كولورادو دنفر. نقل الجينات الأفقي – دليل النشاط. متوفر على https://www.ucdenver.edu/docs/librariesprovider132/a-sync_sl/genetics/upload-2/bacterial-genetics/horizontal-gene-transfer-activity-guide.pdf 

2. Keeling, P., Palmer, J. نقل الجينات الأفقي في التطور حقيقيات النوى. Nat Rev Genet 9, 605–618 (2008). https://doi.org/10.1038/nrg2386 

3. Peck, LD, et al. Historical genomics reveals the evolutionary mechanisms behind multiple epidemics of the host-specific coffee lycine worm worm Fusarium xylarioides. BMC Genomics 22, 404 (2021). نُشر: 04 يونيو 2021. DOI: https://doi.org/10.1186/s12864-021-07700-4 

4. Peck LD, et al. Horizontal transfers between fungal Fusarium genre Contributors to successful sequencely outbreaks of coffee wilt disease. PLoS Biology. Published: 5 December 2024. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002480 

***