Para cualquiera que dependa del café para comenzar el día, la enfermedad del marchitamiento del café puede ser la enfermedad más importante de la que nunca haya oído hablar. Esta enfermedad fúngica ha remodelado repetidamente el suministro mundial de café durante el último siglo, con consecuencias que se extienden desde las granjas africanas hasta los mostradores de las cafeterías de todo el mundo.
La infección por el hongo Fusarium kilarioides provoca un “marchitamiento” característico en las plantas de café al bloquear y reducir la capacidad de la planta para transportar agua. Este bloqueo eventualmente mata a la planta.
Algunos de los patógenos vegetales más devastadores del mundo infectan a sus huéspedes de esta manera. Desde la década de 1990, los brotes de marchitez del café han costado más de mil millones de dólares, obligaron a cerrar innumerables fincas y provocaron una disminución dramática 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 anteriores al brote hasta 2020, décadas después de que se descubriera por primera vez allí la marchitez del café. Y en 2023, los investigadores encontraron evidencia de que la enfermedad del marchitamiento del café había reaparecido en todas las regiones productoras de café de Costa de Marfil.
Estudiar la genética de los patógenos vegetales es fundamental para comprender por qué persiste esta enfermedad y cómo prevenir otro brote importante.
El ascenso y la caída de la enfermedad del marchitamiento del café en África
Si bien los primeros brotes de marchitez del café afectaron a una amplia gama de especies de café, los brotes posteriores afectaron principalmente a los dos tipos de café que dominan los mercados mundiales en la actualidad: arábica y robusta.
Identificada por primera vez en 1927, la enfermedad del marchitamiento del café ha diezmado varias variedades de café cultivadas en África occidental y central. Aunque los agricultores lucharon contra la plaga cambiando a cultivos robusta supuestamente resistentes en la década de 1950, el respiro duró poco.
La enfermedad reapareció en la década de 1970 en el café robusta y se extendió por África oriental y central. A mediados de la década de 1990, los rendimientos cayeron y la producción de café no pudo recuperarse en países como la República Democrática del Congo.
Por otra parte, los investigadores identificaron la enfermedad en el café Arábica en Etiopía en la década de 1950 y observaron cómo se generalizaba en la década de 1970.
La enfermedad del marchitamiento del café se ha extendido ampliamente en África. El primer brote antes de la década de 1950 afectó principalmente a África central y occidental (mapa de la izquierda), mientras que el segundo brote se originó en África central y se extendió hacia el este (mapa de la derecha). Los países afectados están coloreados según la década en la que se descubrió la enfermedad por primera vez. Peck et al 2023/Fitopatólogos, CC BI-SA
Aunque la enfermedad del marchitamiento del café es actualmente endémica en niveles bajos y controlados en África oriental y central, cualquier resurgimiento futuro de la enfermedad podría ser catastrófico para la producción de café africano. El marchitamiento del café también representa una amenaza para los productores de Asia y América.
Aparecen nuevos tipos de enfermedades.
La enfermedad del marchitamiento del café ha evolucionado junto con el café mismo. Durante el último siglo ha aparecido una y otra vez, atacando cada vez a diferentes tipos de café. Pero, ¿reflejan estos cambios la rápida evolución de nuevos tipos de enfermedades o algo completamente distinto?
Una enfermedad fúngica ha devastado las plantas durante milenios, y los primeros registros de brotes se remontan a plagas bíblicas. Al igual que los humanos, las plantas tienen un sistema inmunológico que las protege del ataque de patógenos como los hongos.
Si bien la mayoría de los intentos de infección por hongos fracasan, un pequeño número tiene éxito gracias a la constante presión evolutiva sobre los patógenos para superar las defensas de la planta huésped. En esta carrera armamentista evolutiva, los patógenos y los huéspedes se adaptan constantemente entre sí alterando genéticamente su ADN. Los ciclos de auge y caída de las enfermedades ocurren cuando uno gana ventaja sobre el otro.
El auge de la agricultura moderna condujo a monocultivos generalizados de cultivos genéticamente uniformes. Si bien los monocultivos han impulsado enormemente la producción de alimentos, también han contribuido a la degradación ambiental y a una mayor vulnerabilidad de las plantas a las enfermedades.
Los mejoradores de cultivos han tratado de proteger los monocultivos introduciendo genes de resistencia a enfermedades, y las granjas aplican ampliamente fungicidas y otros productos dañinos para el medio ambiente. Pero estas protecciones relativamente débiles para cientos de hectáreas de plantas idénticas provocaron epidemias que diezmaron los cultivos de los que dependía la gente.
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.
Renacimiento de cepas de hongos
Comprender las lecciones del pasado es esencial para evitar futuras pandemias de plantas. Pero esto puede ser un desafío, ya que las cepas específicas de patógenos que causaron brotes de enfermedades anteriores pueden ya no existir en la naturaleza o pueden haber cambiado significativamente.
En mi investigación sobre la carrera armamentista evolutiva entre huéspedes y patógenos en la enfermedad del marchitamiento del café, intenté abordar estos problemas “resucitando” cepas históricas del hongo causante de la enfermedad, Fusarium kilarioides. Los investigadores saben poco acerca de por qué los brotes anteriores y posteriores se dirigieron a diferentes variedades de café, por lo que investigué los cambios genéticos en F. kilarioides que subyacen a esta reducción de sus huéspedes.
Reconstruí los cambios genéticos históricos en grandes brotes de marchitez del café durante las últimas siete décadas utilizando cepas de una biblioteca de hongos, una colección de cultivos que preservan hongos vivos. Estas bibliotecas almacenan datos de vida a largo plazo y reflejan la diversidad genética de los hongos presentes en el momento de la recolección.
Gibberella (Fusarium) kilarioides, con la flecha apuntando al saco que contiene las esporas. julia inundación
Que un patógeno tenga ventaja en la carrera armamentista evolutiva depende de su capacidad para generar nuevos tipos de genes. Puede hacerlo cambiando y reorganizando su secuencia de ADN o moviendo secuencias de ADN entre organismos en un proceso llamado transferencia horizontal de genes. Estos mecanismos pueden crear nuevos genes efectores que permitan a los patógenos infectar y colonizar la planta huésped.
Inicialmente secuencié seis genomas completos de cepas involucradas en brotes anteriores a la década de 1970, así como brotes posteriores que apuntaban específicamente a plantas de café arábica o robusta. Descubrí que las cepas de F. kilarioides específicas de Arábica o Robusta son genéticamente distintas entre sí, y la mayoría de estas diferencias se heredan de padres a hijos. Este proceso se llama herencia vertical.
Genes que saltan entre especies
Sin embargo, también descubrí que varias regiones del genoma de F. kilarioides derivaban potencialmente horizontalmente de F. oxysporum, un patógeno vegetal global que infecta más de 120 cultivos, incluidos plátanos y tomates. Incluyeron diferentes regiones del genoma de cepas específicas del café Arábica y Robusta.
Pero, ¿estos cambios introdujeron nuevos genes efectores en cepas de F. kilarioides que infectan específicamente los cafetos Arábica y Robusta? Para responder a esta pregunta, primero secuencié y ensamblé el primer genoma de referencia de F. kilarioides, empalmando largos tramos de ADN. Luego secuencié y comparé este genoma de referencia con los genomas completos de otras tres cepas de F. kilarioides antes de la década de 1970 y 10 cepas históricas adicionales de Fusarium encontradas en o alrededor de cafetos enfermos, así como cepas de F. kilarioides de plántulas de café Arábica infectadas.
Encontré evidencia significativa de la transferencia horizontal de genes que causan enfermedades entre especies de Fusarium. Esto incluye la presencia de componentes genéticos gigantes llamados Starships en Fusarium. Estos genes llamados saltos llevan su propia maquinaria molecular, lo que les permite moverse entre genomas o entre ellos. Con ellos también se mueven los genes implicados en la adaptación, como los relacionados con la virulencia, el metabolismo o la interacción con el huésped. Los científicos creen que las naves espaciales podrían permitir que los hongos se adapten a las condiciones ambientales cambiantes.
Descubrí que regiones genéticas grandes y muy similares, incluidas Starships y genes efectores activos implicados en enfermedades, se habían trasladado de F. oxysporum a F. kilaroides. Es importante destacar que estaban presentes diferentes regiones genéticas en cepas de F. kilarioides específicas de Arábica y Robusta, pero estaban ausentes en otras especies relacionadas de Fusarium. Esto sugiere que estos genes se derivan de F. oxysporum.
Dotar a los agricultores de conocimientos
Hoy en día, un tercio de todos los rendimientos agrícolas mundiales se pierde debido a plagas y enfermedades. Conciliar la tensión entre la productividad agrícola y la protección ambiental es importante para equilibrar las necesidades de la humanidad para el futuro. Un aspecto central de este desafío es reducir la propagación de enfermedades y nuevas epidemias.
Del otro lado de los monocultivos, muchas especies de plantas que rodean y dentro de fincas cafetaleras pequeñas y familiares en el África subsahariana pueden actuar como reservorios de enfermedades, donde pueden acechar hongos patógenos. Estos incluyen los plátanos y las malas hierbas Solanum de la familia del tomate que son susceptibles a la infección por hongos.
Las prácticas agrícolas humanas pueden haber creado inadvertidamente un nicho artificial para estos hongos, con los arbustos de café en contacto generalizado con plantas de banano y malas hierbas Solanum. Si los hongos del mismo género pueden intercambiar material genético con frecuencia, esto podría acelerar la capacidad de los patógenos vegetales para adaptarse a nuevos huéspedes.
Equilibrar la productividad agrícola con la sostenibilidad beneficiará en última instancia tanto a los cultivos como a las personas. Wayne Hutchinson/Farm Images/Universal Images Group vía Getty Images
Las pruebas de infección por F. kilaroides en plantas distintas del café podrían revelar especies de plantas alternativas donde diferentes hongos Fusarium entran en contacto e intercambian material genético. Esto es importante porque en toda el África subsahariana, los cafetos suelen compartir campos con plátanos y malezas. Si estas plantas vecinas pueden albergar hongos que actúen como nuevas fuentes de variación genética, pueden ayudar a fomentar nuevas cepas de enfermedades.
Identificar plantas que puedan actuar como huéspedes del hongo podría brindar a los agricultores opciones prácticas para reducir el riesgo de enfermedades de las plantas de café, desde el manejo específico de malezas hasta evitar plantar cultivos vulnerables uno al lado del otro.
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