Czy wiesz, że banany, które jesz dzisiaj, nie są tym samym rodzajem, co te, które jedli ludzie kilka pokoleń temu? Banan, który mogłeś zjeść na śniadanie dzisiaj, to odmiana o nazwie Cavendish banana, podczas gdy ten, który był w sklepach spożywczych do lat 50., to odmiana o nazwie Gros Michel, która została wyniszczona przez chorobę zwaną Fusarium więdnięcie bananów, lub FWB.

FWB Gros Michel został spowodowany przez Fusarium oxysporum race 1, patogen grzybowy, który atakuje banany. Ta infekcja grzybicza zabija roślinę, zajmując jej układ naczyniowy, blokując transport wody i minerałów.

Biolodzy roślin opracowali Fusarium-odporna odmiana Cavendish zastąpi Gros Michel. Jednak w ciągu ostatnich kilku dekad odrodzenie się FWB spowodowane przez inny szczep tego samego grzyba zwany tropical race 4, lub TR4, ponownie zagraża globalnej produkcji bananów.

Jak to było? Fusarium oxysporum uzyskać zdolność pokonywania oporu i zarażania tak wielu różnych roślin?

Dwuczęściowy genom F. oksysporum

Jestem genomikiem, który spędził ostatnią dekadę na badaniu ewolucji genetycznej Fusarium oxysporumJako kompleks gatunkowy, F. oksysporum może powodować choroby więdnięcia i zgnilizny korzeni u ponad 120 gatunków roślin. Niektóre szczepy mogą również zarażać ludzi.

W 2010 roku moje laboratorium odkryło, że każdy F. oksysporum Genom można podzielić na dwie części: genom rdzeniowy, wspólny dla wszystkich szczepów, który koduje podstawowe funkcje gospodarcze, oraz genom dodatkowy, różniący się w zależności od szczepu, który koduje wyspecjalizowane funkcje, takie jak zdolność do zakażania konkretnej rośliny żywicielskiej.

Każdy gatunek rośliny ma wyrafinowaną odpowiedź immunologiczną, która broni ją przed inwazją drobnoustrojów. Aby więc wywołać infekcję, każdy F. oksysporum szczep wykorzystuje swój dodatkowy genom do tłumienia unikalnego systemu obronnego rośliny. Ta funkcjonalna kompartmentalizacja pozwala F. oksysporum aby znacznie zwiększyć liczbę żywicieli.

W naszych niedawno opublikowanych badaniach mój zespół oraz koledzy z Chin i Republiki Południowej Afryki odkryli, że szczep TR4, który zabija banany Cavendish, ma inne pochodzenie ewolucyjne i inne sekwencje w genomie dodatkowym w porównaniu ze szczepem, który zabił banany Gros Michel.

Patrząc na interfejs, na którym szczep TR4 walczy ze swoim gospodarzem bananem Cavendish, odkryliśmy, że niektóre z jego aktywowanych genów dodatkowych uwalniają tlenek azotu, gaz szkodliwy dla banana Cavendish. Ten nagły wybuch toksycznych gazów ułatwia infekcję poprzez rozbrojenie systemu obronnego rośliny. Jednocześnie grzyb chroni się poprzez zwiększenie produkcji substancji chemicznych, które detoksykują tlenek azotu.

Zwiększanie różnorodności bananów

Śledząc globalne rozprzestrzenianie się tej nowej wersji Fusarium oxysporumuświadomiliśmy sobie, że główną przyczyną ostatniego nawrotu tej infekcji grzybiczej jest dominacja w międzynarodowym przemyśle bananowym jednego klonu banana.

Uprawa różnych odmian bananów może sprawić, że rolnictwo stanie się bardziej zrównoważone i zmniejszy się presja chorób na pojedyncze zbiory. Rolnicy i naukowcy mogą kontrolować więdnięcie bananów wywołane przez Fusarium, identyfikując lub rozwijając odmiany bananów tolerancyjne lub odporne na TR4. Nasze odkrycia sugerują, że innym sposobem ochrony bananów Cavendish byłoby zaprojektowanie skutecznych pochłaniaczy tlenku azotu w celu zmniejszenia toksycznego ciśnienia wybuchu gazu.

Trudno sobie wyobrazić, jak konsument, który po prostu lubi jeść banany, mógłby uczestniczyć w walce z chorobą niszczącą uprawy bananów. Jednak to konsumenci determinują rynek, a rolnicy są zmuszeni uprawiać to, czego wymaga rynek.

Możesz pomóc zwiększyć różnorodność bananów w swoim supermarkecie, celowo próbując jednego lub więcej z setek innych istniejących odmian bananów, gdy się tam pojawią. Możesz również kupować lokalne odmiany innych owoców i produktów rolnych, aby pomóc zachować różnorodność roślin i wesprzeć lokalnych plantatorów.

Współpraca naukowców, rolników, przedstawicieli przemysłu i konsumentów na całym świecie może pomóc uniknąć niedoborów bananów i innych upraw w przyszłości.

Niniejszy artykuł został ponownie opublikowany w The Conversation, niezależnej organizacji non-profit, która dostarcza Ci fakty i wiarygodne analizy, aby pomóc Ci zrozumieć nasz skomplikowany świat. Został napisany przez: Li-Jun Ma, Uniwersytet Massachusetts w Amherst

Czytaj więcej:

Li-Jun Ma otrzymuje dofinansowanie z United States Department of Agriculture (USDA) Hatch grant (MAS00612), National Institute of Food and Agriculture (2022-51181-38448), Joint Genome Institute, Community Sequencing Project i NIH/National Eye Institute (EY030150-01). Jest powiązana z Holyoke Community Charter School Board.