《英中科研团队揭示咖啡枯萎病反复流行的遗传机制》

  • 来源专题:农业生物安全
  • 编译者: 李周晶
  • 发布时间:2025-05-19
  • 一项由伦敦帝国理工学院、牛津大学和CABI联合开展的研究揭示了威胁全球咖啡种植的咖啡枯萎病反复暴发的遗传机制。该病由真菌Fusarium xylarioides引起,长期影响非洲地区的阿拉比卡(arabica)和罗伯斯塔(robusta)咖啡种植,对当地数百万人的生计构成严重威胁。这项发表于《公共科学图书馆·生物学》(PLoS Biology)的研究通过分析跨越60年的13株历史真菌样本基因组,发现F. xylarioides至少包含四个不同的遗传谱系,其中两个分别专性侵染阿拉比卡和罗伯斯塔咖啡品种。更为关键的是,这些致病真菌通过“水平基因转移”,从另一类镰刀菌(Fusarium oxysporum)中获得了能够增强其感染能力的基因片段。研究指出,这些被转移的基因区域富含效应蛋白基因和转座子(跳跃基因),在植物细胞壁降解和感染过程中高度活跃。这种跨物种的基因“偷渡”行为,使F. xylarioides不断演化出新的致病能力,导致咖啡枯萎病多次大规模暴发。咖啡是撒哈拉以南非洲超过1200万农户的主要收入来源。例如,埃塞俄比亚每年咖啡出口价值高达7.6亿美元。然而,自20世纪20年代以来,咖啡枯萎病持续造成严重减产,严重影响当地经济与全球咖啡供应链。CABI高级研究员马修·瑞安博士表示,这项研究不仅有助于理解咖啡枯萎病的演化路径,也为其他作物真菌病害的防控提供了新思路。未来或可通过调整间作模式,减少不同镰刀菌种之间的接触,从而降低基因转移的风险。该研究为开发更具针对性的抗病策略提供了重要理论基础,也为全球咖啡产业的可持续发展带来新的希望。
  • 原文来源:https://www.cabi.org/news-article/scientists-turn-up-the-heat-on-understanding-coffee-wilt-disease-which-threatens-our-favourite-daily-brew/
相关报告
  • 《美国科学家揭示了香蕉枯萎病的真菌分子机制》

    • 来源专题:农业生物安全
    • 编译者:李周晶
    • 发布时间:2024-10-29
    • 全球香蕉产业正面临前所未有的挑战,由新型Fusarium oxysporum f.sp. cubense热带4号小种(Foc TR4)引起的香蕉枯萎病正迅速蔓延。与传统认知不同,这一新菌株并非1950年代毁灭性疫情的直接演化结果,而是携带了特定辅助基因,显著增强了其致病性。 8月16日,美国马萨诸塞大学阿默斯特分校领导的一项国际研究在《Nature Microbiology》上发表,揭示了这些辅助基因与Foc TR4毒性之间的紧密联系。该研究团队通过对全球收集的36种Foc菌株进行测序与比对,发现Foc TR4利用特定的辅助基因合成并解毒一氧化氮,从而有效侵入宿主。当控制一氧化氮产生的两个关键基因被敲除时,Foc TR4的毒性显著减弱,为开发新型防控策略提供了重要线索。面对这一严峻形势,研究团队强调了多样化种植的重要性。单一作物种植模式使得大规模商业香蕉田成为病原体的易攻击目标。 该研究不仅为对抗香蕉枯萎病提供了新视角,也警示了农业界需重视作物多样性,以应对未来可能的疫情爆发。随着科研的深入,人类有望找到更加有效的防控手段,保护这一重要经济作物免受病害侵扰。
  • 《武汉植物园揭示了三类咖啡原种资源的基因组遗传分化》

    • 来源专题:转基因生物新品种培育
    • 编译者:王晶静
    • 发布时间:2020-12-16
    • 咖啡树起源于非洲埃塞俄比亚西南部的高原地区,近几百年来迅速成为世界第一大饮料作物。目前主要栽培的咖啡包括小粒种(Coffea arabica)、中粒种(C. canephora)以及埃塞尔萨种(C. excelsa)等。其中,小粒种为异源四倍体,而中粒种和埃塞尔萨种为二倍体。小粒种(阿拉比卡种)在三原种中风味品质最佳,兼具香味和酸味。 然而,主导咖啡种小粒种咖啡易受病害干扰,从而影响了品质和产量,其原因可能是其遗传多样性较低。目前,为了培育优质、抗病的小粒咖啡品种,研究者致力于将具有特殊风味物质和抗病等优异性状关联的等位基因或染色体片段从其它咖啡种导入主导种小粒种,而在全基因组范围剖析三大类咖啡遗传资源的种间遗传分化及进化关系是咖啡分子育种的关键步骤。因此,中国热带农业科学院香料饮料研究所咖啡资源育种研究团队联合中国科学院武汉植物园研究人员对引种的20多个国家的三大类群咖啡的93份核心资源进行全基因组重测序分析,找到15367960个单核苷酸多态性(SNPs)。通过种群进化、群体遗传分层分析发现三大遗传咖啡类群高度分化,小粒种与其亲本之一(中粒种)遗传类群亲缘关系较近;遗传多样性及遗传分化全基因组扫描发现,在三大类群咖啡分化过程中有部分基因在单个种进化中独立选择,有少数基因是在多个分化过程中同时受到平行选择,而这些基因所受选择可能参与了三个咖啡种的适应性进化。同时,进一步分析了已报道的与咖啡因和风味物质合成相关的基因的SNP位点在三个遗传类群分化过程中的差异,发现一些影响咖啡风味的脂类合成相关的SNPs在不同物种间表现出显著的等位基因频率偏差。该结果为咖啡优异性状候选基因挖掘、亲本选配等咖啡分子辅助育种提供理论分子依据。 该研究结果以“Resequencing 93 accessions of coffee unveils independent and parallel selection during Coffea species divergence”为题,由中国热带农业科学院香料饮料研究所咖啡团队、中国科学院水生植物与流域生态重点实验室石涛副研究员(共同通讯,排名最后)联合发表在植物分子生物学领期刊Plant Molecular Biology。论文链接:https://link.springer.com/article/10.1007/s11103-020-00974-4。