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卡文迪什香蕉 来源：Augustus Binu, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=41312905
原作 Li-Jun Ma（美国马萨诸塞大学阿默斯特分校生化与分子生物学教授）
翻译 陈钰婷
编辑 魏潇
你今天早餐吃的香蕉可能是一种叫做卡文迪什（Cavendish）香蕉的品种，而直到 20 世纪 50 年代，商店里还有一种名为格罗斯·米歇尔（Gros Michel）的品种，它被一种叫做香蕉枯萎病（Fusarium wilt of banana, FWB）的疾病消灭了。
格罗斯·米歇尔香蕉的枯萎病是由尖孢镰刀菌 1 号小种（Fusarium oxysporum race 1）引起的。这是一种影响香蕉的真菌病原体，能够占据植物的维管系统，阻碍水分和矿物质的运输，从而杀死植物。
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从商店中消失的格罗斯·米歇尔香蕉 来源：Zwifree，CC BY 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=70354204
于是，植物生物学家培育出了抗镰刀菌的卡文迪什品种以取代格罗斯·米歇尔品种。然而，在过去的几十年里，由同一真菌的另一种菌株（热带 4 号小种或称 TR4）引起的枯萎病卷土重来，再次威胁到了全球香蕉生产。
那么，尖孢镰刀菌是如何克服抗性，并感染如此多不同植物的？
两部分基因组
我是一名基因组学家，在过去的十年里一直研究尖孢镰刀菌的遗传演化。尖孢镰刀菌是一类种复合体（物种界限划分并不很明确的分类群），可引起 120 多种植物的枯萎病和根腐病，某些菌株还会感染人类。
2010 年，我的实验室发现每株尖孢镰刀菌的基因组都可以分为两部分：一个是所有菌株之间彼此一致的核心基因组，用于编码基本的内务功能；另一个是因菌株而异的附属基因组，用于编码专门的功能，如感染特定植物宿主的能力。
每种植物都有复杂的免疫反应来抵御微生物的入侵。因此，每一种尖孢镰刀菌都使用其附属基因组来抑制植物独特的防御系统，从而建立感染。这种功能分区使尖孢镰刀菌能够大大增加其宿主范围。
在我们新发表的研究中，我的团队以及中国和南非的同事发现，与杀死格罗斯·米歇尔香蕉的菌株相比，杀死卡文迪什香蕉的TR4菌株具有不同的演化起源和不同的附属基因组序列。
通过观察 TR4 菌株侵染其宿主卡文迪什香蕉的过程，我们发现该菌株有一部分附属基因会被激活，从而释放一氧化氮，后者对卡文迪什香蕉有害。
这种突然爆发的有毒气体通过解除植物的防御系统来促进感染。与此同时，真菌通过产生更多一氧化氮解毒物质来保护自身。
增加香蕉品种多样性
在追踪这种新型尖孢镰刀菌的全球传播时，我们意识到，这种真菌感染最近死灰复燃的一个主要原因是，国际香蕉产业被单一成分的香蕉克隆株占据了。
种植不同品种的植株可以使香蕉农业更具可持续性，并减少单一作物的疾病压力。农民和研究人员可以通过鉴定或开发具有TR4耐受或抗性的香蕉品种来控制香蕉枯萎病。
我们的研究结果表明，保护卡文迪什香蕉的另一种方法是设计出有效的一氧化氮清除剂，以降低这种有害气体带来的毒性压力。
让喜欢吃香蕉的消费者参与对抗破坏香蕉作物的疾病显然是件难事。然而，消费者能够决定市场，农民正在被迫种植市场所需要的作物。
香蕉现存的种类高达数百种。当其他香蕉品种出现在超市时，你可以通过有意尝试其中一种或多种来帮助增加香蕉消费的多样性。我们还可以购买当地品种的其他水果和农产品，以帮助保护植物多样性并支持当地种植者。
如果世界各地的科学家、农民、行业和消费者团结一致，就可以帮助避免香蕉和其他作物的在未来出现短缺。
原文链接：
https://theconversation.com/banana-apocalypse-part-2-a-genomicist-explains-the-tricky-genetics-of-the-fungus-devastating-bananas-worldwide-236770
【标题】Virulence of banana wilt-causing fungal pathogen Fusarium oxysporum tropical race 4 is mediated by nitric oxide biosynthesis and accessory genes
【作者】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
【期刊】Nature Microbiology
【日期】16 August 2024
【DOI】https://doi.org/10.1038/s41564-024-01779-7
【摘要】
Fusarium wilt of banana, caused by Fusarium oxysporum f. sp. cubense (Foc), is one of the most damaging plant diseases known. Foc race 1 (R1) decimated the Gros Michel-based banana (Musa acuminata) trade, and now Foc tropical race 4 (TR4) threatens global production of its replacement, the Cavendish banana. Here population genomics revealed that all Cavendish banana-infecting Foc race 4 strains share an evolutionary origin distinct from that of R1 strains. Although TR4 lacks accessory chromosomes, it contains accessory genes at the ends of some core chromosomes that are enriched for virulence and mitochondria-related functions. Meta-transcriptomics revealed the unique induction of the entire mitochondrion-localized nitric oxide (NO) biosynthesis pathway upon TR4 infection. Empirically, we confirmed the unique induction of a NO burst in TR4, suggesting that nitrosative pressure may contribute to virulence. Targeted mutagenesis demonstrated the functional importance of fungal NO production and the accessory gene SIX4 as virulence factors.
【链接】https://www.nature.com/articles/s41564-024-01779-7
