Rujos de vides meticulosamente cuidadas esparcidas a lo largo de grandes viñedos, con un aroma dulce y afrutado flotando en el aire, son características clásicas de la próspera industria vitivinícola de Estados Unidos. Sin embargo, en el siglo XIX, estas tierras presentaban un panorama diferente, ya que La enfermedad de Pierce (EP) asoló las videsprovocando que las hojas se marchiten y los frutos se arruguen.1
Causado por la bacteria Xylella fastidiosaLa EP se informó por primera vez en California en 1884.2 Desde entonces, la enfermedad se ha extendido por todo el mundo, arruinando vides y provocando pérdidas económicas. Los investigadores estiman que la enfermedad causa más de 100 millones de dólares en pérdidas sólo en California.3 El daño generalizado causado por la EP ha llevado a la comunidad investigadora a identificar el origen del patógeno y determinar cómo se propagó por los continentes.
Los herbarios sirven como depósitos invaluables de muestras de plantas antiguas, ofreciendo especímenes preservados que brindan una ventana única a los ecosistemas históricos, la evolución de las plantas y la propagación de patógenos a lo largo del tiempo.
Herbario del Centro para la Diversidad de Plantas de UC Davis
Ahora, después de aislar la bacteria de un Corte de vid de 120 añoslos científicos han reconstruido la historia de la EP, incluida su llegada a California y sus patrones de transmisión.4 Sus hallazgos, publicados en Biología actualtambién arrojan luz sobre momentos clave en la historia evolutiva de la bacteria.
“La biogeografía de este patógeno específicamente es realmente importante porque siguen produciéndose nuevos brotes que han llevado a situaciones epidémicas en todo el mundo”, dijo el coautor del estudio. Alexandra Kahngenetista evolutivo en fitopatólogo Rodrigo AlmeidaLaboratorio de la Universidad de California, Berkeley. Comprender la historia del patógeno puede ayudar a los investigadores a contextualizar los brotes y descubrir las adaptaciones evolutivas que los impulsan, dijo.
Para profundizar en la historia del patógeno, los investigadores obtuvieron especímenes de vid históricos del herbario de la Universidad de California, Davis. De los 10 esquejes enfermos que encontraron, uno estaba infectado con X. fastidiosa.
Para aislar el ADN de este espécimen, los investigadores tuvieron que trabajar en condiciones ultralimpias para evitar la contaminación cruzada con muestras modernas, recordó Mónica Donegancoautor del estudio y estudiante de posgrado en el laboratorio de Almeida. Después de filtrar lecturas de secuenciación y extraer aquellas que se asignaron a modernas X. fastidiosa genomas, el equipo se quedó con una pila de fragmentos cortos que son típicos del ADN antiguo, lo que confirma que no hay contaminación cruzada con muestras modernas.
A continuación, el equipo unió estos fragmentos y llevó a cabo un ensamblaje de novo de la antigua X. fastidiosa genoma. Utilizando herramientas filogenéticas computacionales, los investigadores compararon el genoma histórico de X. fastidiosa con 330 cepas más recientes recolectadas de plantas en EE. UU., Costa Rica, España, Taiwán y México. Esto ayudó al equipo a construir un árbol filogenético detallado que mapea el descenso evolutivo del patógeno.
Los análisis filogenéticos revelaron que la cepa del herbario y las cepas más recientes de California y las regiones orientales de EE. UU. estaban estrechamente relacionadas, lo que sugiere orígenes ancestrales comunes. Sin embargo, no todos X. fastidiosa Las cepas encontradas en las vides de California comparten este ancestro común, ya que algunas mostraron más similitudes con cepas provenientes del este y centro de Estados Unidos y España. Estos hallazgos sugieren que, en California, la enfermedad surgió de múltiples introducciones del patógeno.
Al establecer que hubo múltiples entradas de X. fastidiosa en plantas en los EE. UU., los investigadores se propusieron determinar cuándo ocurrió la primera entrada del patógeno al país. Al medir la tasa de mutación del ADN del patógeno a lo largo del tiempo, los investigadores estimaron que todos X. fastidiosa Las cepas en los EE. UU. comparten un ancestro común que se remonta aproximadamente a 1741, 35 años antes de que se redactara la Declaración de Independencia y 150 años antes de que se documentara por primera vez la EP en California.
En busca de pistas sobre la evolución de X. fastidiosaAlexandra Kahn (izquierda) y Monica Donegan (derecha) tomaron muestras de ADN antiguo de plantas conservadas en herbarios.
Mathew Burciaga, Universidad de California en Berkeley
“En realidad, nos sorprendió un poco porque pensábamos que la muestra que teníamos, por ser de 1906, sería el antepasado de todo lo que hay en California”, dijo Donegan. “Incluso con solo agregar una muestra de herbario de 1906 se hizo retroceder la fecha de introducción. Esto subraya el poder de agregar este herbario y muestras antiguas a estos estudios”.
“Este es un buen estudio”, dijo miguel martíninvestigador de genómica evolutiva de la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología, que no participó en el estudio. Aunque los investigadores han secuenciado patógenos vegetales antiguos antes, este estudio es notable porque el equipo llevó a cabo un ensamblaje completo de novo de X. fastidiosaseñaló.
Sin embargo, no le sorprendió que la inclusión de la muestra de 1906 retrasara aún más la fecha estimada de introducción del patógeno. “Todas las predicciones del tiempo de introducción se basan en estos árboles filogenéticos, y las fechas que se obtienen para las diferentes partes del árbol dependen directamente de las muestras que se incluyen”, dijo.
El equipo esperaba incluir más muestras para obtener una imagen más clara de la entrada y eventual transmisión del patógeno. Dado que la mayoría de sus muestras de plantas provienen de California, los investigadores pretenden diversificar y realizar muestreos en otras partes del país. “Podemos intentar realmente [fill] las lagunas en nuestra recopilación de datos”, dijo Kahn.