科学家复活已有70年历史的咖啡杀手真菌并寻找背后原因

据外媒报道，咖啡枯萎病(Coffee Wilt Disease)是由一种真菌引起的疾病。自上世纪20年代以来，该种真菌在撒哈拉以南的非洲引发了毁灭性爆发，目前影响着非洲最受欢迎的两种咖啡品种：阿拉比卡咖啡豆和罗布斯塔咖啡豆。

现在一项新研究表明，这种真菌可能能通过从一种密切相关的真菌中获取基因从而提高它感染咖啡树的能力。这种真菌会导致很多作物枯萎病--包括香蕉中的巴拿马病。

这组科学家称，这一知识可以帮助农民降低新疾病菌株出现的风险，如通过不将咖啡跟其他作物种植在一起，或通过防止可能含有相关真菌的植物碎片的积累。

可持续解决方案

来自伦敦帝国理工学院、牛津大学和农业非营利组织CABI的研究团队还表示，研究CABI文化收藏中的历史样本可以为了解作物疾病如何进化提供丰富的见解并找到新的、可持续的方法来对抗它们。这项研究今天发表在《BMC Genomics》上。

该研究的论文第一作者Lily Peck表示：“使用越来越多的化学品和杀菌剂来抗击新出现的作物疾病对许多种植者来说既不可持也负担不起。相反，如果我们能了解新类型的疾病是如何演变的，我们就能给种植者提供他们需要的知识，从一开始就降低新疾病出现的风险。”

咖啡特有的菌株

研究小组重新激活了低温冷冻、导致咖啡枯萎病的真菌样本。这种疾病在20世纪20年代至50年代和90年代至2000年代之间曾两次严重爆发，至今仍在造成破坏。像2011年，坦桑尼亚的55000棵罗布斯塔咖啡树因枯萎病死亡，在这个过程中毁掉了160吨咖啡--相当于2200多万杯咖啡。

在20世纪20年代开始的爆发中，咖啡枯萎病感染了很多咖啡品种，并最终在20世纪50年代通过管理实践得到控制，如焚烧受感染的树木，在咖啡中寻找自然抗性，以及选择抗性更强的植物品种的育种计划。

然而，这种疾病在20世纪70年代再次出现并在20世纪90年代至21世纪初广泛传播。据了解，已经确定了两种不同的疾病每一种都只感染特定类型的咖啡：一种感染埃塞俄比亚的阿拉比卡咖啡，另一种感染东非和中非的罗布斯塔咖啡。该团队想要调查这两种菌株是如何出现的。

交换基因

在CABI的一个安全实验室里，他们重新唤醒了最初爆发的两种菌株，它们收集于20世纪50年代并保存在CABI的收藏中，另外两种菌株分别来自两种咖啡特异性真菌菌株，最近的一种来自2003年。然后，他们对这些真菌的基因组进行了测序并检测了它们的DNA以寻找到可能帮助它们感染这些特定咖啡品种的变化的证据。

他们发现，跟早期的菌种相比，新的、特定种类的真菌有更大的基因组，他们还发现了可能帮助真菌克服植物防御并在植物体内存活并引发疾病的基因。

研究人员还发现，这些基因跟在一种不同的、密切相关的真菌中发现的基因高度相似，这种真菌影响超过120种不同的作物--包括撒哈拉以南非洲的香蕉--并诱发了巴拿马病。

虽然已知这种感染香蕉的真菌菌株能交换基因从而能够感染新品种，但将它们的基因转移到另一种真菌上的可能性此前从未见过。

不过研究小组注意到，这两种真菌有时在咖啡和香蕉的根部生活得很近，所以咖啡真菌有可能从通常以香蕉为基础的邻居那里获得了这些有利的基因。

咖啡和香蕉通常生长在一起，因为咖啡树喜欢较高的香蕉树提供的荫凉。研究人员指出，他们的研究可能表明，不种植跟疾病密切相关的作物如香蕉和咖啡可以减少新菌株杀死咖啡的真菌进化的可能性。

疾病爆发的演变

研究人员现在正在实验室中使用重新激活的菌株来感染咖啡树以研究这种真菌是如何感染咖啡树的，而这可能会提供其他预防疾病发生的方法。

这些发现也可以应用于不同的作物，在那里其他密切相关的植物病原体可以取得类似的飞跃并导致新的疾病出现。在展示了研究植物疾病历史标本的价值后，该团队计划利用CABI的收藏品中存储的其他疾病复制这项研究。CABI收藏了过去100年来从世界各地收集的3万份标本。

牛津大学动物学系和帝国理工学院生命科学系的Timothy Barraclough教授是该研究的首席研究员，他指出：“历史方法向我们展示了一种植物病原体在新疾病爆发之前和之后会发生什么。然后我们可以研究进化的机制并改进对未来类似疫情如何发生的预测。我们的目标是在许多植物病原体上复制这项研究、最终草拟出致病性如何演变的‘规则手册’并帮助我们在可能的情况下预防未来的疫情爆发。”