Die Bananenapokalypse steht kurz bevor, aber Biologen haben vielleicht einen Schlüssel zum Überleben der Bananen gefunden
Die Entdeckung der molekularen Mechanismen, die von der bananenzerstörenden Mikrobe genutzt werden, bringt Hoffnung auf den Frühstückstisch
Die Bananen in Ihrem Supermarkt und die Bananen, die Sie zum Frühstück essen, sind vom Aussterben bedroht. Grund dafür ist die Bananenwelke (Fusarium wilt of banana, FWB), die von einem Pilzerreger namens Fusarium oxysporum f.sp. cubense(Foc) tropical race 4 (TR4) verursacht wird. Dank der jüngsten Forschungen eines internationalen Wissenschaftlerteams unter der Leitung der University of Massachusetts Amherst wissen wir nun jedoch, dass sich Foc TR4 nicht aus dem Stamm entwickelt hat, der in den 1950er Jahren die kommerziellen Bananenkulturen vernichtet hat, und dass die Virulenz dieses neuen Stammes offenbar durch einige akzessorische Gene verursacht wird, die mit der Produktion von Stickstoffmonoxid zusammenhängen. Die Forschungsarbeit öffnet die Tür zu Behandlungen und Strategien, die die bislang unkontrollierte Ausbreitung von Foc TR4 verlangsamen, wenn nicht sogar kontrollieren können.
Die Fusarium-Welke der Banane dezimiert derzeit die Cavendish-Banane - die weltweit beliebteste kommerziell erhältliche Banane. Ist der Pilz einmal in einem Bananenfeld vorhanden, kann er nicht mehr ausgerottet werden, so dass eine künftige Produktion von Cavendish-Bananen fast unmöglich ist.
A. Viljoen
"Die Banane, die wir heute essen, ist nicht die gleiche wie die, die Ihre Großeltern aßen. Diese alten Bananen, die Gros-Michel-Bananen, sind praktisch ausgestorben, Opfer des ersten Fusarium-Ausbruchs in den 1950er Jahren", sagt Li-Jun Ma, Professor für Biochemie und Molekularbiologie an der UMass Amherst und Erstautor der Studie.
Heute ist die beliebteste im Handel erhältliche Bananensorte die Cavendish-Sorte, die als krankheitsresistente Antwort auf das Aussterben der Gros Michel gezüchtet wurde. Etwa 40 Jahre lang gedieh die Cavendish-Banane weltweit in den riesigen Monokulturen, die den größten Teil der weltweiten Bananenernte liefern.
Doch in den 1990er Jahren gingen die guten Zeiten für die Cavendish-Banane langsam zu Ende. "Es gab einen weiteren Ausbruch der Bananenwelke", sagt der Hauptautor Yong Zhang, der seine Doktorarbeit im Programm für Organismische und Evolutionsbiologie der UMass Amherst unter der Leitung von Ma abgeschlossen hat. "Sie verbreitete sich wie ein Lauffeuer von Südostasien nach Afrika und Mittelamerika.
"Wir haben die letzten zehn Jahre damit verbracht, diesen neuen Ausbruch der Bananenwelke zu untersuchen", sagt Ma, der ein Experte für Fusarium oxysporum ist, das keine einzelne Art ist, sondern ein "Artenkomplex" mit Hunderten von verschiedenen Sorten, die sich auf den Befall verschiedener Pflanzenwirte spezialisiert haben. Diese Varietäten werden durch den Erwerb von stammspezifischen akzessorischen Genen zusätzlich zu einem gemeinsamen Kerngenom bestimmt. "Wir wissen jetzt, dass sich der die Cavendish-Banane zerstörende Erreger TR4 nicht aus der Ethnie entwickelt hat, die die Gros-Michel-Bananen dezimierte. Das Genom von TR4 enthält einige akzessorische Gene, die mit der Produktion von Stickstoffmonoxid in Verbindung stehen, das der Schlüsselfaktor für die Virulenz von TR4 zu sein scheint".
Um zu dieser Schlussfolgerung zu gelangen, sequenzierten und verglichen Yong, Ma und ihre Co-Autoren aus China und Südafrika sowie von Universitäten in den USA 36 verschiedene Foc-Stämme aus der ganzen Welt, darunter auch solche, die Gros-Michel-Bananen befallen. Dann entdeckte das Team mit Hilfe des Instituts für angewandte Biowissenschaften der UMass Amherst, dass Foc TR4, der für den aktuellen Ausbruch der Bananenwelke verantwortlich ist, einige akzessorische Gene sowohl für die Produktion als auch für die Entgiftung von Stickstoffmonoxid des Pilzes nutzt, um in den Wirt einzudringen.
Das Team weiß zwar noch nicht genau, wie diese Aktivitäten zum Krankheitsbefall der Cavendish-Banane beitragen, konnte aber feststellen, dass die Virulenz von Foc TR4 stark reduziert wurde, als zwei Gene, die die Stickoxidproduktion kontrollieren, ausgeschaltet wurden.
"Die Identifizierung dieser akzessorischen Gensequenzen eröffnet viele strategische Möglichkeiten, die Ausbreitung von Foc TR4 einzudämmen oder sogar zu kontrollieren", sagt Yong.
Dennoch weist Ma darauf hin, dass das eigentliche Problem bei einem unserer Lieblingsfrühstücksmittel der Monokulturanbau ist. "Wenn es bei einer großen kommerziellen Ernte keine Vielfalt gibt, wird sie ein leichtes Ziel für Krankheitserreger", sagt sie. "Wenn Sie das nächste Mal Bananen einkaufen, probieren Sie verschiedene Sorten aus, die Sie vielleicht in Ihrem örtlichen Fachgeschäft finden.
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Originalveröffentlichung
Yong Zhang, Siwen Liu, Diane Mostert, Houlin Yu, Mengxia Zhuo, Gengtan Li, Cunwu Zuo, Sajeet Haridas, Katie Webster, Minhui Li, Igor V. Grigoriev, Ganjun Yi, Altus Viljoen, Chunyu Li, Li-Jun Ma; "Virulence of banana wilt-causing fungal pathogen Fusarium oxysporum tropical race 4 is mediated by nitric oxide biosynthesis and accessory genes"; Nature Microbiology, 2024-8-16
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