马萨诸塞大学阿默斯特分校领导的研究已经确定了与病原体致病性相关的辅助基因，为对抗疾病提供了新的途径。这项研究强调了单一作物种植的风险，并建议多样化香蕉品种以应对未来的爆发。
香蕉面临一种新的镰刀菌枯萎病的威胁，这种病菌与上世纪 50 年代导致该物种作物毁灭的病菌无关。
马萨诸塞大学阿默斯特分校领导的研究已经确定了与病原体致病性相关的辅助基因，为对抗疾病提供了新的途径。这项研究强调了单一作物种植的风险，并建议多样化香蕉品种以应对未来的爆发。
逼近的威胁：香蕉禁令
你的超市和早餐吃的香蕉正面临功能性的灭绝，这是由一种名为 Fusarium oxysporum f.sp. cubense（Foc）的真菌病原体引起的香蕉枯萎病（FWB）。然而，多亏了由马萨诸塞大学阿默斯特分校领导的国际科学家团队最近的研究，我们现在知道 Foc TR4 并没有从 1950 年代摧毁商业香蕉作物的那一种菌株进化而来，而且这种新菌株的致病性似乎是由与一氧化二氮生产相关的某些辅助基因引起的。
今日（8 月 16 日）在《自然微生物学》杂志上发表的研究打开了通往治疗和策略的大门，这些治疗和策略可以减缓，如果不是控制的话，Foc TR4 尚未受到控制的传播。
香蕉的镰刀菌萎蔫病目前正在摧毁大蕉——世界上最受欢迎的商业香蕉。一旦出现在香蕉田中，真菌就无法被根除，使得未来的大蕉生产几乎不可能。来源：A. Viljoen
香蕉品种的演变
“我们今天吃的香蕉与你祖父母吃的香蕉不同。那些老品种，大米香蕉，已经功能性灭绝，是 1950 年代第一次镰刀菌爆发的受害者。”UMass 阿默斯特大学生物化学与分子生物学教授，该论文的主要作者李军马说。
今天，最流行的商业香蕉品种是卡文迪什品种，这是对格罗什米歇尔灭绝的疾病抵抗响应而培育出来的。大约 40 年来，卡文迪什香蕉在全球的大型单一作物种植园中繁荣发展，这些种植园供应了世界上大部分商业香蕉作物。
香蕉枯萎病（FWB）由尖孢镰刀菌卡宾种（Foc）热带 4 型（TR4）引起，导致卡文迪什香蕉的 FWB 外部症状。致谢：张等人。
蔡文氏香蕉的挑战
但到了 20 世纪 90 年代，卡文迪什香蕉的好时光开始结束。“又爆发了一次香蕉枯萎病，”主要作者永张说，他在马的指导下，在马萨诸塞大学阿默斯特分校的有机体与进化生物学项目中完成了博士学位。“它像野火一样从东南亚蔓延到非洲和中美洲。”
"我们花了过去 10 年的时间研究这种新的香蕉萎黄病爆发，"马说，他是研究 Fusarium oxysporum 的专家，这不仅仅是一个物种，而是一个“物种复合体”，拥有数百种不同的变种，专门影响不同的植物宿主。这些变种是由除了共享的核心基因组之外，还通过获得特定菌株的辅助基因来决定的。"我们现在知道，破坏卡文迪什香蕉的病原体 TR4 并没有从摧毁格罗什米香蕉的菌种进化而来。TR4 的基因组包含一些与产生一氧化二氮相关的辅助基因，这似乎是在 TR4 的致病性中起关键作用的因素。"
新研究洞察与未来方向
为了得出这个结论，永、马以及来自中国、南非以及美国大学的合作者，对来自全球各地的 36 种不同的 Foc 菌株进行了测序和比较，包括攻击格罗什米香蕉的菌株。然后，在马萨诸塞大学阿默斯特分校应用生命科学研究所的帮助下，研究团队发现，导致当前香蕉萎黄病爆发的 Foc TR4，使用一些辅助基因来进行真菌一氧化氮的生产和解毒，以入侵宿主。
虽然团队还不知道这些活动如何导致卡文迪什香蕉遭受疾病侵袭的确切方式，但他们能够确定，当控制一氧化二氮生成的两个基因被消除时，Foc TR4 的致病性大大降低。
“识别这些辅助遗传序列为减少甚至控制 Foc TR4 的传播开辟了许多战略途径，”永说。
尽管如此，马迅速指出，我们最喜欢的早餐食品所面临的根本问题之一是单一作物种植的做法。“当大规模商业作物中没有多样性时，它就成为病原体的易受攻击目标，”她说。“下次您在购买香蕉时，尝试一些可能在您当地的特色食品店中可获得的不同品种。”
参考：
“引起香蕉萎蔫的真菌病原体 Fusarium oxysporum 热带种 4 的致病性由一氧化氮生物合成和辅助基因介导” 2024 年 8 月 16 日，自然微生物学。
DOI: 10.1038/s41564-024-01779-7
本研究的资金由美国国家科学基金会、美国农业部国家食品与农业研究所、美国卫生与公共服务部、美国能源部、美国国立卫生研究院、广东省科技项目、CARS 以及岭南现代农业实验室项目提供。