香甜的香蕉,是全世界最受欢迎的水果之一,而且物美价廉。然而香蕉却一直有「灭绝」的危机,稍一不慎,可能就永远成为传说中的美味。所幸,基因科学家可能找到办法解决这个隐患。
科学警报(sciencealert)报导,吃香蕉不用吐籽,如此平常的事实却是不寻常的,这是因为几百年来的农民,把香蕉培育成失去种子的形式,至于它如何种植?是靠「分株」,从同一支香蕉树所分株出去,因此香蕉园的大片香蕉树,经常都是同一个基因型,也可以说其实都是同一株香蕉。
如此一来,只要香蕉遇到病害,往往是成片的枯萎,完全无法抵抗,称为「香蕉浩劫」。以西方为例,在1950年代之前,他们所吃的香蕉是一种称为「大麦克」(Gros Michel or Big Mike)的品种,这种香蕉的皮比较厚,也才能经受的住较长期的运送时间,从中美洲运送到美国大城市还不会受损。
然而,大麦克香蕉在20世纪初期遭遇一种叫做香蕉枯萎病的疾病,这种病由一种称为「尖孢镰刀菌1号」(TR1)的真菌传播,极难隔离,所以经过数十年的防治仍然失败,大麦克香蕉在美洲与非洲彻底绝迹。
现在最常见的香蕉品种称为「卡文迪许」(Cavendish,香芽蕉),它可以对抗TR1,但是香蕉枯萎病的威胁仍在,因为尖孢镰刀菌也会演化,事实上尖孢镰刀菌4号(TR4)已经可以造成卡文迪许蕉的黄叶病。
多年来,植物学家持续研究灭绝大麦克的尖孢镰刀菌,这种真菌感染并破坏植物的维管系统、阻碍水和矿物质的运输,最终杀死植物。事实上,孢镰刀菌的危害不只是香蕉,现已知还会感染120多种植物的枯萎和根腐病。
现在,研究人员转而调查尖孢镰刀菌的致病机理与它的基因组,发现每个尖孢镰刀菌基因组都可以分为两部分:一是菌株共享的核心基因组,负的是是基本功能,二是辅助基因组,这像是个武器库,演化特殊能力感染特定的植物。
研究发现,杀死卡文迪许香蕉的TR4菌株,与杀死大麦克香蕉的菌株相比,具有不同的进化起源,也有不同的辅助基因组序列。观察TR4菌株怎么侵害其卡文迪什香蕉宿,发现它的辅助基因组会释放一氧化氮,这是一种对卡文迪什香蕉有害的气体。这种突然爆发的有毒气体,会逼迫植物解除自己的防御系统以排出毒气,然而TR4就趁此机会来扩大感染范围。同时,真菌还能利用香蕉释放的解毒剂来成长茁壮,可谓是邪恶致极。
那么,研究人员下一步,是利用基因技术改造卡文迪许蕉,使它们在先天上就不怕一氧化氮,以降低感染范围。
研究人员表示,透过基因技术,也可以丰富香蕉品种的数量,只有增加香蕉品种,才更有机会防控枯萎病。
此研究人员Li-Jun Ma是美国马萨诸塞大学阿默斯特分校生物化学与分子生物学教授(Professor of Biochemistry and Molecular Biology, UMass Amherst)。