Wussten Sie, dass die Bananen, die Sie heute essen, nicht von der Sorte sind, die die Menschen vor ein paar Generationen gegessen haben? Die Banane, die Sie heute vielleicht zum Frühstück gegessen haben, ist eine Sorte namens Cavendish-Banane, während die Sorte, die es bis in die 1950er Jahre in Lebensmittelgeschäften gab, eine Sorte namens Gros Michel war, die durch eine Krankheit namens Fusarium-Welke der Banane (FWB) ausgerottet wurde.
Der Gros Michel FWB wurde verursacht durch Fusarium oxysporum Rasse 1, ein pathogener Pilz, der Bananen befällt. Diese Pilzinfektion tötet eine Pflanze, indem sie ihr Gefäßsystem besetzt und den Transport von Wasser und Mineralien blockiert.
Pflanzenbiologen haben das entwickelt Fusarium-Selenresistente Cavendish-Sorte als Ersatz für die Sorte Gros Michel. Doch in den letzten Jahrzehnten bedroht ein Wiederaufleben von FWB, das durch einen anderen Stamm desselben Pilzes namens Tropical Race 4 oder TR4 verursacht wird, erneut die weltweite Bananenproduktion.
Wie funktioniert Fusarium oxysporum die Fähigkeit erwerben, Resistenzen zu überwinden und so viele verschiedene Pflanzen zu infizieren?
Das zweiteilige Genom von F. oxysporum
Ich bin Genomiker und habe das letzte Jahrzehnt damit verbracht, die genetische Evolution von zu erforschen Fusarium oxysporumAls Artenkomplex F. oxysporum kann bei mehr als 120 Pflanzenarten zu Welke und Wurzelfäule führen. Einige Stämme können auch Menschen infizieren.
Im Jahr 2010 hat mein Labor das herausgefunden F. oxysporum Das Genom kann in zwei Teile unterteilt werden: ein zentrales Genom, das allen Stämmen gemeinsam ist und wesentliche Erhaltungsfunktionen kodiert, und ein akzessorisches Genom, das von Stamm zu Stamm unterschiedlich ist und spezielle Funktionen wie die Fähigkeit, einen bestimmten Pflanzenwirt zu infizieren, kodiert.
Jede Pflanzenart verfügt über eine hochentwickelte Immunantwort zur Abwehr mikrobieller Invasionen. Somit kann jeweils eine Infektion ausgelöst werden F. oxysporum Der Stamm nutzt sein akzessorisches Genom, um das einzigartige Abwehrsystem einer Pflanze zu unterdrücken. Diese funktionale Unterteilung ermöglicht F. oxysporum um sein Wirtsspektrum deutlich zu vergrößern.
In unserer kürzlich veröffentlichten Forschung haben mein Team und Kollegen in China und Südafrika herausgefunden, dass der TR4-Stamm, der Cavendish-Bananen tötete, einen anderen evolutionären Ursprung und andere Sequenzen in seinem akzessorischen Genom hat als der Stamm, der Gros-Michel-Bananen tötete.
Durch die Beobachtung der Schnittstelle zwischen dem TR4-Stamm und seinem Wirt, der Cavendish-Banane, entdeckten wir, dass einige seiner aktivierten akzessorischen Gene Stickoxid freisetzen, ein für die Cavendish-Banane schädliches Gas. Diese plötzliche Explosion giftiger Gase erleichtert die Infektion, indem sie das Abwehrsystem der Pflanze außer Gefecht setzt. Gleichzeitig schützt sich der Pilz, indem er die Produktion von Chemikalien erhöht, die Stickoxid entgiften.
Erhöhung der Bananenvielfalt
Durch die Verfolgung der weltweiten Verbreitung dieser neuen Version von Fusarium oxysporumWir haben erkannt, dass eine Hauptursache für das jüngste Wiederaufleben dieser Pilzinfektion die Dominanz eines einzigen Bananenklons in der internationalen Bananenindustrie ist.
Der Anbau verschiedener Bananensorten kann die Landwirtschaft nachhaltiger machen und den Krankheitsdruck auf eine einzelne Kultur verringern. Landwirte und Forscher können die Fusarium-Welke von Bananen bekämpfen, indem sie Bananensorten identifizieren oder entwickeln, die gegenüber TR4 tolerant oder resistent sind. Unsere Ergebnisse legen nahe, dass eine weitere Möglichkeit zum Schutz von Cavendish-Bananen darin besteht, wirksame Stickoxidsensoren zu entwickeln, um den giftigen Druck der Gasexplosion zu reduzieren.
Es ist schwer vorstellbar, wie ein Verbraucher, der einfach gerne Bananen isst, sich am Kampf gegen die Krankheit beteiligen könnte, die den Bananenanbau heimsucht. Es sind jedoch die Verbraucher, die den Markt bestimmen, und die Landwirte sind verpflichtet, das anzubauen, was der Markt verlangt.
Sie können dazu beitragen, die Bananenvielfalt in Ihrem Supermarkt zu erhöhen, indem Sie gezielt eine oder mehrere der Hunderten anderen Bananensorten ausprobieren, wenn sie auftauchen. Sie können auch lokale Sorten anderer Früchte und landwirtschaftlicher Produkte kaufen, um zum Erhalt der Pflanzenvielfalt beizutragen und lokale Produzenten zu unterstützen.
Die Zusammenarbeit zwischen Wissenschaftlern, Landwirten, Industrien und Verbrauchern auf der ganzen Welt kann dazu beitragen, künftige Engpässe bei Bananen und anderen Nutzpflanzen zu vermeiden.
Dieser Artikel wurde von The Conversation erneut veröffentlicht, einer unabhängigen, gemeinnützigen Nachrichtenorganisation, die Ihnen vertrauenswürdige Fakten und Analysen liefert, die Ihnen helfen, unsere komplexe Welt zu verstehen. Es wurde geschrieben von: Li-Jun Ma, Universität von Massachusetts Amherst
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Li-Jun Ma erhielt Fördermittel vom US-Landwirtschaftsministerium (USDA) durch ein Hatch-Stipendium (MAS00612), dem National Institute of Food and Agriculture (2022-51181-38448), dem Joint Genome Institute, dem Community Sequencing Project und dem NIH/ Nationales Augeninstitut (EY030150-01). Es ist dem Holyoke Community Charter School Board angeschlossen.