Der 70 Jahre alte Kaffee-Killerpilz ist wieder zum Leben erwacht, um Krankheiten zu bekämpfen

Die Forscher reaktivierten Proben des Pilzes, der Kaffeewelke verursacht, um herauszufinden, wie sich die Krankheit entwickelt und wie ihre Ausbreitung verhindert werden könnte.

Die Kaffeewelke wird durch einen Pilz verursacht, der seit den 1920er Jahren in Afrika südlich der Sahara zu einem verheerenden Ausbruch geführt hat und derzeit zwei der am weitesten verbreiteten Pilzarten in Afrika befällt. Kaffee Sorten: Arabica und Robusta.

Neue Forschungen zeigen, dass Pilze wahrscheinlich seine Fähigkeit verbessert haben, Kaffee zu infizieren die Pflanzen Durch die Gewinnung von Genen aus einem eng verwandten Pilz, der Welkekrankheit bei einer Vielzahl von Nutzpflanzen, einschließlich der Panama-Krankheit bei Bananen.

Die Forscher sagen, dass dieses Wissen Landwirten helfen könnte, das Risiko des Auftretens neuer Krankheitsstämme zu verringern, indem sie beispielsweise Kaffee nicht mit anderen Pflanzen anbauen oder die Ansammlung von Pflanzenresten verhindern, die verwandte Pilze beherbergen können.

Das Forschungsteam vom Imperial College London, der University of Oxford und der landwirtschaftlichen Non-Profit-Organisation CABI sagt, dass das Studium historischer Exemplare in der CABI-Kultursammlung eine Fülle von Erkenntnissen darüber liefern kann, wie sich Pflanzenkrankheiten entwickeln und neue und nachhaltige Krankheiten finden. Wege, sie zu bekämpfen. Die Studie wurde heute veröffentlicht in BMC Genomik.

Die Erstautorin der Studie, Lily Beck, lehrt Wissenschaft und Lösungen für eine PhD-Ausbildungspartnerschaft in einem sich verändernden Planeten am Grantham Institute und am Department of Life Sciences bei Imperial. Sie sagte: „Der Einsatz zunehmender Mengen an Chemikalien und Fungiziden zur Bekämpfung neu auftretender Pflanzenkrankheiten ist für viele Landwirte weder nachhaltig noch bezahlbar.

„Wenn wir stattdessen verstehen, wie sich neue Arten von Krankheiten entwickeln, können wir Landwirten das Wissen vermitteln, das sie benötigen, um das Risiko des Auftretens neuer Krankheiten von vornherein zu verringern.“

Das Team reanimierte gekühlte Proben der Pilze, die die Kaffeewelke verursachen. In den 1920er und 1950er Jahren sowie zwischen den 1990er Jahren kam es zu zwei schweren Ausbrüchen der Krankheit, die weiterhin Schäden anrichtet. 2011 wurden beispielsweise in Tansania 55.000 Robusta-Kaffeebäume durch Welke getötet und dabei 160 Billionen Kaffees zerstört – das entspricht mehr als 22 Millionen Kaffeetassen.

Zu Beginn eines Ausbruchs in den 1920er Jahren infizierte die Kaffeewelke eine Vielzahl von Kaffeesorten und wurde schließlich in den 1950er Jahren durch Managementpraktiken wie das Verbrennen infizierter Bäume, die Suche nach natürlichen Resistenzen im Kaffee und Züchtungsprogramme, die Mehr. Resistente Pflanzensorten.

Die Krankheit trat jedoch in den 1970er Jahren wieder auf und breitete sich in den 1990er Jahren und in den 2000er Jahren weit aus. Es wurden zwei verschiedene Gruppen von Krankheiten identifiziert, die jeweils bestimmte Kaffeesorten infizieren: eine infiziert Arabica-Kaffee in Äthiopien und die andere infiziert Robusta-Kaffee in Ost- und Zentralafrika. Das Team wollte untersuchen, wie die beiden Stämme entstanden sind.

In einem sicheren CABI-Labor haben sie zwei Stämme des ursprünglichen Ausbruchs wiedererweckt, die in den 1950er Jahren gesammelt und in der CABI-Sammlung hinterlegt wurden, und zwei der beiden kaffeespezifischen Pilzstämme, die neueste aus dem Jahr 2003. Dann taten sie es. Sequenzierung der Genome der Pilze und Untersuchung ihrer DNA auf Hinweise auf Veränderungen, die ihnen helfen könnten, diese spezifischen Kaffeearten zu infizieren.

Sie entdeckten, dass neuere, vielfältige Pilze größere Genome haben als frühere Stämme und identifizierten Gene, die Pilzen helfen können, die Pflanzenabwehr zu überwinden und in Pflanzen zu überleben, um Krankheiten zu verursachen.

Es wurde auch festgestellt, dass diese Gene denen eines anderen eng verwandten Pilzes sehr ähnlich sind, der mehr als 120 verschiedene Nutzpflanzen befällt, darunter Bananen in Afrika südlich der Sahara, die die Panama-Krankheit verursachen, die derzeit die häufigste Art zerstört, die Cavendish-Banane. . .

Während Stämme dieses Bananen-infizierenden Pilzes dafür bekannt sind, Gene auszutauschen, was die Fähigkeit verleiht, neue Sorten zu infizieren, wurde die potenzielle Übertragung ihrer Gene auf verschiedene Arten von Pilzen zuvor noch nicht beobachtet. Das Team stellte jedoch fest, dass die beiden Arten manchmal sehr nahe an den Wurzeln von Kaffee- und Bananenpflanzen leben. Daher ist es möglich, dass der Kaffeepilz diese nützlichen Gene von seinem natürlichen Nachbarn auf Bananenbasis erworben hat.

Kaffee und Bananen werden oft zusammen angebaut, da Kaffeepflanzen den Schatten mögen, den höhere Bananenpflanzen bieten. Die Forscher sagen, dass ihre Studie darauf hindeuten könnte, dass der gemeinsame Anbau von Pflanzen mit eng verwandten Krankheiten wie Bananen und Kaffee die Wahrscheinlichkeit verringern könnte, dass neue Stämme des kaffeetötenden Pilzes auftauchen.

Forscher verwenden jetzt Animationen Stämme infizieren Kaffeepflanzen Im Labor, um zu studieren, wie es funktioniert Pilz Es infiziert die Pflanze und bietet möglicherweise andere Möglichkeiten, die Ausbreitung von Krankheiten zu verhindern.

Die Ideen lassen sich auch auf Pflanzen verschiedener Nutzpflanzen übertragen, wo andere eng verwandte Pflanzenpathogene ähnliche Sprünge machen und neue Krankheiten entstehen lassen. Nachdem der Wert der Untersuchung historischer Proben auf Pflanzenkrankheiten nachgewiesen wurde, plant das Team, die Studie mit anderen Krankheiten zu wiederholen, die in der CABI-Sammlung gespeichert sind, die 30.000 Proben enthält, die in den letzten 100 Jahren aus der ganzen Welt gesammelt wurden.

Der leitende Forscher Professor Timothy Barclau vom Department of Zoology in Oxford und dem Department of Life Sciences am Imperial sagte: „Der historische Ansatz zeigt uns, was mit Pflanzenpathogenen vor und nach einem neuen Ausbruch von Erkrankung Passieren oder auftreten. Wir können dann die Mechanismen der Evolution untersuchen und Vorhersagen darüber verbessern, wie ähnliche Ausbrüche in Zukunft auftreten werden.

„Unser Ziel ist es, diese Studie zu vielen Pflanzenpathogenen zu replizieren und letztendlich ein ‚Regelwerk‘ für die Entwicklung der Pathogenität zu erstellen, das uns hilft, zukünftige Ausbrüche nach Möglichkeit zu verhindern.“