Para cualquiera que dependa del café para comenzar el día, la marchitez del café podría ser la enfermedad más importante de la que nunca haya oído hablar. Esta enfermedad fúngica transformó repetidamente el suministro mundial de café durante el último siglo, con consecuencias que abarcan desde las plantaciones africanas hasta los mostradores de las cafeterías de todo el mundo.
La infección con el hongo Fusarium xylarioides provoca una marchitez característica en las plantas de café al bloquear y reducir su capacidad para transportar agua. Este bloqueo eventualmente mata la planta.
Algunos de los patógenos vegetales más destructivos del mundo infectan a sus huéspedes de esta manera. Desde la década de 1990, los brotes de marchitez del café costaron más de 1,000 millones de dólares, obligado a cerrar innumerables fincas y provocado caídas drásticas en la producción nacional de café.
En Uganda, uno de los mayores productores de África, la producción de café no se recuperó a los niveles previos al brote hasta 2020, décadas después de que se detectara la marchitez del café por primera vez allí. Y en 2023, investigadores encontraron evidencia de que la marchitez del café había resurgido en todas las regiones productoras de café de Costa de Marfil.
Estudiar la genética de los patógenos vegetales es crucial para comprender por qué esta enfermedad continúa reapareciendo y cómo prevenir otro brote importante.
Auge y caída de la marchitez del café en África
Si bien los primeros brotes de marchitez del café afectaron a una amplia gama de tipos de café, las epidemias posteriores afectaron principalmente a las dos especies de café que dominan los mercados mundiales en la actualidad: arábica y robusta.
Identificada por primera vez en 1927, la marchitez del café diezmó varias variedades de café cultivadas en África occidental y central. Aunque los agricultores combatieron el hongo cambiando a cultivos de robusta supuestamente resistentes en la década de 1950, la recuperación fue efímera.
La enfermedad resurgió en la década de 1970 en el café robusta, extendiéndose por África oriental y central. A mediados de la década de 1990, los rendimientos se habían desplomado y la producción de café no pudo recuperarse en países como la República Democrática del Congo.
Por otra parte, investigadores identificaron la enfermedad en el café arábico de Etiopía en la década de 1950 y observaron su propagación para la década de 1970.
Aunque la marchitez del café es actualmente endémica en niveles bajos y manejables en África oriental y central, cualquier resurgimiento futuro de la enfermedad podría ser catastrófico para la producción africana de café. La marchitez del café también representa una amenaza para los productores de Asia y América.
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Surgen nuevos tipos de enfermedades
La marchitez del café evolucionó junto con éste. Durante el último siglo, resurgió repetidamente, atacando a diferentes tipos de café cada vez. Pero, ¿reflejaron estos cambios la rápida evolución de nuevos tipos de enfermedades o algo completamente distinto?
Las enfermedades fúngicas han devastado las plantas durante milenios, y los primeros registros de brotes datan de las plagas bíblicas. Al igual que los humanos, las plantas poseen un sistema inmunitario que las protege contra los ataques de patógenos como los hongos.
Si bien la mayoría de los intentos de infección por hongos fracasan, un pequeño número lo consigue gracias a la constante presión evolutiva sobre los patógenos para superar las defensas de la planta huésped. En esta carrera armamentística evolutiva, los patógenos y los huéspedes se adaptan continuamente entre sí modificando genéticamente su ADN. Se producen ciclos de auge y caída de enfermedades a medida que una obtiene ventaja sobre la otra.
El auge de la agricultura moderna dio lugar a monocultivos generalizados de cultivos genéticamente uniformes. Si bien los monocultivos impulsaron significativamente la producción de alimentos, también han contribuido a la degradación ambiental y a una mayor vulnerabilidad de las plantas a las enfermedades.
Los fitomejoradores intentaron proteger los monocultivos introduciendo genes de resistencia a enfermedades, aplicando fungicidas y otros productos perjudiciales para el medio ambiente en las explotaciones agrícolas. Sin embargo, estas protecciones relativamente débiles para cientos de hectáreas de plantas idénticas han provocado brotes que han diezmado cultivos de los que dependen las personas.
Es probable que la dependencia de la agricultura moderna de los monocultivos haya permitido y acelerado la evolución de nuevos tipos de patógenos capaces de superar la resistencia de las plantas. Como resultado, los cultivos se vuelven más susceptibles a los brotes de enfermedades.
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Resucitando cepas fúngicas
Comprender las lecciones del pasado es esencial para evitar futuras pandemias de plantas. Sin embargo, esto puede ser un desafío, ya que las cepas patógenas específicas que causaron brotes de enfermedades anteriores podrían ya no existir en la naturaleza o haber cambiado sustancialmente.
En mi investigación sobre la carrera armamentística evolutiva entre el huésped y el patógeno en la marchitez del café, busqué abordar estos problemas mediante la “resucitación” de cepas históricas del hongo causante de la enfermedad, Fusarium xylarioides. Los investigadores saben poco sobre por qué los brotes anteriores y posteriores afectaron a diferentes tipos de café, por lo que exploré los cambios genéticos en F. xylarioides que subyacen a esta reducción de sus hospedadores.
Reconstruí los cambios genéticos históricos en los principales brotes de marchitez del café durante las últimas siete décadas utilizando cepas de una biblioteca de hongos: colecciones de cultivos que preservan hongos vivos. Estas bibliotecas almacenan datos vivos a largo plazo y reflejan la diversidad genética fúngica presente en el momento de la recolección.
Que un patógeno domine la carrera armamentística evolutiva depende de su capacidad para generar nuevos tipos de genes. Puede hacerlo modificando y reorganizando su secuencia de ADN o trasladando secuencias de ADN entre organismos en un proceso denominado transferencia horizontal de genes. Estos mecanismos pueden crear nuevos genes efectores que permiten a los patógenos infectar y colonizar una planta hospedadora.
Inicialmente, secuencié seis genomas completos de cepas implicadas en brotes anteriores a la década de 1970, así como brotes posteriores que afectaron específicamente a plantas de café arábica o robusta. Descubrí que las cepas de F. xylarioides específicas de arábica o robusta presentaban diferencias genéticas entre sí, y la mayoría de estas diferencias se heredaban de progenitores a descendientes. Este proceso se denomina herencia vertical.
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Genes que saltan entre especies
Sin embargo, también descubrí que varias regiones del genoma de F. xylarioides se adquirieron potencialmente horizontalmente de F. oxysporum, un patógeno vegetal global que infecta más de 120 cultivos, incluyendo plátanos y tomates. Estas regiones incluían diferentes regiones del genoma en cepas específicas de café arábica y robusta.
Pero ¿introdujeron estos cambios nuevos genes efectores en las cepas de F. xylarioides que infectan específicamente a las plantas de café arábica y robusta? Para responder a esta pregunta, primero secuencié y ensamblé el primer genoma de referencia de F. xylarioides, uniendo largos tramos de ADN. Luego secuencié y comparé este genoma de referencia con los genomas completos de otras tres cepas de F. xylarioides anteriores a la década de 1970 y otras diez cepas históricas de Fusarium encontradas en o alrededor de cafetos enfermos, así como con cepas de F. xylarioides de plántulas de café arábica infectadas.
Encontré evidencia sustancial de transferencia horizontal de genes causantes de enfermedades entre especies de Fusarium. Esto incluye la presencia de componentes genéticos gigantes, llamados Starships, en Fusarium. Estos genes saltarines poseen su propia maquinaria molecular, lo que les permite desplazarse dentro o entre genomas.
Los genes implicados en la adaptación, como los vinculados a la virulencia, el metabolismo o la interacción con el hospedador, también se desplazan con ellos. Los científicos creen que los Starships podrían permitir que los hongos se adapten a las condiciones ambientales cambiantes.
Descubrí que regiones genéticas extensas y muy similares, incluyendo Starships y genes efectores activos implicados en enfermedades, se habían trasladado de F. oxysporum a F. xylarioides. Cabe destacar que se encontraron diferentes regiones genéticas en cepas de F. xylarioides específicas de arábica y robusta, pero no en otras especies relacionadas de Fusarium. Esto sugiere que estos genes se obtuvieron de F. oxysporum.
Ayudando a los agricultores con conocimiento
Hoy en día, un tercio de la producción agrícola mundial se pierde a causa de plagas y enfermedades. Reconciliar la tensión entre la productividad agrícola y la protección del medio ambiente es fundamental para equilibrar las necesidades de la humanidad para el futuro. Un aspecto fundamental de este desafío es reducir la propagación de enfermedades y nuevos brotes.
Por otro lado, en el contexto de los monocultivos, muchas especies vegetales que rodean y se encuentran dentro de las pequeñas fincas cafetaleras familiares del África subsahariana pueden actuar como reservorios de enfermedades, donde pueden acechar hongos patógenos. Entre ellas se incluyen los bananos y las malezas Solanum de la familia del tomate, que son susceptibles a las infecciones fúngicas.
Las prácticas agrícolas humanas pueden haber creado inadvertidamente un nicho artificial para estos hongos, al poner a los cafetos en contacto generalizado con las plantas de banano y las malezas Solanum. Si los hongos del mismo género pueden intercambiar material genético con frecuencia, esto podría acelerar la capacidad de los fitopatógenos para adaptarse a nuevos huéspedes.
El análisis de plantas distintas del café para detectar la infección por F. xylarioides podría revelar especies vegetales alternativas donde diferentes hongos Fusarium entran en contacto e intercambian material genético. Esto es importante porque en toda el África subsahariana, los cafetos a menudo comparten campos con bananos y malezas. Si estas plantas vecinas pueden albergar hongos que actúen como nuevas fuentes de variación genética, podrían contribuir al desarrollo de nuevas cepas de enfermedades.
La identificación de las plantas que pueden actuar como hospedantes de hongos podría brindar a los agricultores opciones prácticas para reducir el riesgo de enfermedades en las plantas de café, desde el manejo específico de malezas hasta evitar la plantación de cultivos vulnerables al lado del otro.
*Lily Peck es investigadora postdoctoral en biología evolutiva en la Universidad de California, Los Ángeles.
Este texto fue publicado originalmente en The Conversation
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