祝人类以后还能实现香蕉自由

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制作人:Science China

制作:王大鹏(中国科学院植物生理生态研究所)

制片人:中国科学院计算机网络信息中心

着名网站FreshFruitPortal.com报道说,“怀疑哥伦比亚两个种植园的香蕉感染了香蕉枯萎病4号(TR4)” - 香蕉枯萎病的新变种[1]。

这一消息立即引发了互联网上激烈的讨论,也触动了无数香蕉种植者和爱好者的心。一旦大规模爆发TR4将对香蕉种植园造成毁灭性打击,它甚至可能导致现有香蕉品种的灭绝。

图1香蕉种植园(参考文献6)

为什么真菌病会对香蕉种植园甚至现有的香蕉品种造成毁灭性打击?这也将从香蕉种植的历史开始。

为什么每个人都吃同样的香蕉?

世界上最早有数百种食用香蕉,但香蕉品种不多,适合大规模种植,高产和口味,深受消费者欢迎。同时,香蕉对生长环境有严格的要求,只能在亚热带和热带地区生长。为了在世界范围内进行广泛的贸易,有必要选择适合长途运输的品种。

Big Mac香蕉(图2)具有甜味,迷人的香味和厚厚的皮肤。适用于长期存放和长途运输。因此,人们选择使用巨无霸香蕉进行单株栽培。这种种植模式在短时间内为香蕉种植业带来了巨大的收入,也极大地促进了全球香蕉贸易的发展,但也为巨型香蕉的消亡奠定了基础。

△图2 Big Macan Banana(A)和Cavendish Banana(B)(分别来自维基百科和对话)

单一品种,容易被细菌“一锅结束”

植物在有性繁殖期间产生随机突变。生物胁迫(如细菌,真菌,病毒,昆虫等)和自然环境中的非生物胁迫(如干旱,高温,低温等)也会引起植物突变。在环境筛选中,保留了一些有益的突变(例如抗病性,耐高温性,耐低温性等)。

巨无霸香蕉是三倍体,不能进行性繁殖,只能通过无性繁殖后代。然而,由无性繁殖产生的子代基因几乎相同(个体中的一些随机突变除外),这导致香蕉遗传多样性的严重减少。一旦病原体或害虫可以迅速感染并杀死该物种,它将不可避免地导致该物种的灭绝。

在20世纪50年代和60年代,巴拿马病(也称为香蕉枯萎病菌1号,图3)在大面积爆发,打击香蕉种植和贸易,严重影响全球香蕉贸易[2,3]。巴拿马病是由真菌病(Fusarium oxysporum f.sp. cubense race 1)[4,5]引起的,常见的灭菌技术并不能完全杀死病原体。它可以在土壤中存活很长时间,并且可以通过香蕉的运输长距离运输。香蕉种植者和繁殖者通过筛选迅速锁定了多种抗性品种,但只有卡文迪什香蕉(图2)适合大规模种植和长途运输。

虽然这种品种与巨无霸相比有许多缺陷,但味道和香气远不好,但它不会被巴拿马真菌病感染[3,6,8]。因此,香蕉贸易开始依赖卡文迪什香蕉的大规模种植。

图3巴拿马病的症状:叶子变黄,萎,茎破裂。 (图4)

新的香蕉枯萎杀手罢工

香蕉枯萎病(Fusarium oxysporum f.sp. cubense race 4)的另一种变体是非常敏感的[8]。 1989年之前的研究和报告显示,尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum f.sp.) cubense race 4仅影响在亚热带地区生长的卡文迪什香蕉,因此它也被称为Fusarium oxysporum f.sp. cubense亚热带4(简称SR4))。

1990年,一种新的尖孢镰刀菌F.arium oxysporum f.sp.据报道,cubense热带种族4(TR4)攻击热带香蕉,也攻击亚热带香蕉,这几乎涵盖了所有合适的香蕉生长。区域[5,8,9,10]。自TR4发现以来的20年间,其发病率主要集中在东亚,东南亚和澳大利亚北部的部分地区,因此并未引起大家的恐慌。然而,最近的一些报道表明它已经扩散到中亚,中东和非洲的部分地区[8]。美洲是世界上主要的香蕉种植和出口地区之一,直到今年才受到TR4的影响。一旦TR4蔓延到美洲,世界各地的香蕉种植区将受到TR4的影响。

下一个香蕉在哪里吃?

这个项目要求很高吗?这种品种适合长途运输吗?这种品种可以持续多少年?

仅仅寻找新品种根本不是解决方案。当发现新品种时,病原体将演变成不同的变种,我们将进入我们之前经历的无限循环(Great Mike-Panama; Cavendish-Banana Fusarium Tropical No.4)。

另一方面,病原体的发展速度比我们寻找新品种和驯化新品种的速度要快得多。为了打破这个奇怪的圈子,我们必须打破香蕉单株栽培的模式,但要找到适合大规模种植的许多香蕉品种并不容易,这些香蕉品种适合长途运输,因为香蕉养殖也是如此一个漫长的过程。

在我们面前还有一个残酷的事实 - 60年前可供我们选择的香蕉品种数量也已大幅减少。有人可能会说我们已经重新选择了二倍体或四倍体香蕉进行种植,这样香蕉可以通过有性繁殖成倍增加香蕉基因的多样性?然而,二倍体和四倍体香蕉通过有性生殖生长的果实是种子,它们会袭击我们的牙齿并严重影响我们吃香蕉的情绪。

你会吃转基因香蕉吗?

随着生物技术的发展,研究人员还试图利用基因改造和基因编辑技术来提高香蕉对病原体的抵抗力。 2017年,澳大利亚昆士兰科技大学的研究员詹姆斯戴尔及其合作者在世界着名的研究期刊“自然传播”上发表了重要成果:他们通过转基因技术在卡文迪什香蕉中表达了基因RGA2(从反分析中分离出来) TR4二倍体香蕉)和Ced9(秀丽隐杆线虫的抗凋亡基因)可以显着增加对TR4的抗性[11]。

但是,转基因香蕉,你会吃吗?目前,所有消费者都不接受转基因食品。对于大规模种植转基因香蕉,存在一系列问题,如立法问题,道德问题和环保主义者的抗议。

件。同时,有必要通过分子生物学方法研究香蕉枯萎病的发病机制,并从根本上遏制香蕉枯萎病的传播。最后,我们还必须加强宣传和科普,以便每个人都能正确理解转基因技术及其优势,以及它为未来香蕉种植业带来的可能性。

参考号:

[1]

[2] Stover,R。H.(1962)。香蕉枯萎病的研究: VIII。通过文化相互作用和挥发性物质区分克隆。能够。 J. Bot。 40,1467C1471。 doi: 10.1139/b62-142

[3]

[4]

[5] Ploetz,R。C.(2006)。香蕉枯萎病是由几种被称为尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum f)的病原体引起的。 SP。香蕉枯萎病。植物病理学96,653C656。

Doi: 10.1094/PHYTO-96-0653

[6]

[7] K. Shepherd。 (1952年)。 JAMAICA中Gros Michel香蕉的种子肥力。园艺科学。 doi.org/10.1080/.1954。

[8] Miguel D.等。 (2018)。香蕉枯萎病当前流行病学知识和可持续疾病管理研究需求。 Plant Science in Plant Science 9,1468。doi: 10.3389/fpls.2018。

[9] Buddenhagen,I。(2009)。了解尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum f。)的菌株多样性。 SP。 cubense和引入“热带竞赛4”的历史,以更好地管理香蕉生产。 Acta Hortic。 828,193C204。 doi: 10./ActaHortic.2009.828.19

[10] Mostert,D。等。 (2017年)。香蕉枯萎病真菌Fusarium oxysporum f的分布和寄主范围。 SP。 cubense,在亚洲。 PLoS ONE。 12: e。 doi: 10.1371/journal。推迟实施。

[11] James D.等。 (2017年)。转基因卡文迪什香蕉抗枯萎病热带种族4.自然通讯8,1496。doi: 10.1038/s-017--6

本文为第一作者的原创,未经授权不得转载

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制作人:Science China

制作:王大鹏(中国科学院植物生理生态研究所)

制片人:中国科学院计算机网络信息中心

着名的网站FreshFruitPortal.com报道说,“怀疑哥伦比亚两个种植园的香蕉感染了香蕉枯萎病4号(TR4)” - 香蕉枯萎病的新变种[1]。

这一消息立即引发了互联网上激烈的讨论,也触动了无数香蕉种植者和爱好者的心。一旦大规模爆发TR4将对香蕉种植园造成毁灭性打击,它甚至可能导致现有香蕉品种的灭绝。

图1香蕉种植园(参考文献6)

为什么真菌病会对香蕉种植园甚至现有的香蕉品种造成毁灭性打击?这也将从香蕉种植的历史开始。

为什么每个人都吃同样的香蕉?

世界上最早有数百种食用香蕉,但香蕉品种不多,适合大规模种植,高产和口味,深受消费者欢迎。同时,香蕉对生长环境有严格的要求,只能在亚热带和热带地区生长。为了在世界范围内进行广泛的贸易,有必要选择适合长途运输的品种。

Big Mac香蕉(图2)具有甜味,迷人的香味和厚厚的皮肤。适用于长期存放和长途运输。因此,人们选择使用巨无霸香蕉进行单株栽培。这种种植模式在短时间内为香蕉种植业带来了巨大的收入,也极大地促进了全球香蕉贸易的发展,但也为巨型香蕉的消亡奠定了基础。

△图2 Big Macan Banana(A)和Cavendish Banana(B)(分别来自维基百科和对话)

单一品种,容易被细菌“一锅结束”

植物在有性繁殖期间产生随机突变。生物胁迫(如细菌,真菌,病毒,昆虫等)和自然环境中的非生物胁迫(如干旱,高温,低温等)也会引起植物突变。在环境筛选中,保留了一些有益的突变(例如抗病性,耐高温性,耐低温性等)。

巨无霸香蕉是三倍体,不能进行性繁殖,只能通过无性繁殖后代。然而,由无性繁殖产生的子代基因几乎相同(个体中的一些随机突变除外),这导致香蕉遗传多样性的严重减少。一旦病原体或害虫可以迅速感染并杀死该物种,它将不可避免地导致该物种的灭绝。

在20世纪50年代和60年代,巴拿马病(也称为香蕉枯萎病菌1号,图3)在大面积爆发,打击香蕉种植和贸易,严重影响全球香蕉贸易[2,3]。巴拿马病是由真菌病(Fusarium oxysporum f.sp. cubense race 1)[4,5]引起的,常见的灭菌技术并不能完全杀死病原体。它可以在土壤中存活很长时间,并且可以通过香蕉的运输长距离运输。香蕉种植者和繁殖者通过筛选迅速锁定了多种抗性品种,但只有卡文迪什香蕉(图2)适合大规模种植和长途运输。

虽然这种品种与巨无霸相比有许多缺陷,但味道和香气远不好,但它不会被巴拿马真菌病感染[3,6,8]。因此,香蕉贸易开始依赖卡文迪什香蕉的大规模种植。

图3巴拿马病的症状:叶子变黄,萎,茎破裂。 (图4)

新的香蕉枯萎杀手罢工

香蕉枯萎病(Fusarium oxysporum f.sp. cubense race 4)的另一种变体是非常敏感的[8]。 1989年之前的研究和报告显示,尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum f.sp.) cubense race 4仅影响在亚热带地区生长的卡文迪什香蕉,因此它也被称为Fusarium oxysporum f.sp. cubense亚热带4(简称SR4))。

1990年,一种新的尖孢镰刀菌F.arium oxysporum f.sp.据报道,cubense热带种族4(TR4)攻击热带香蕉,也攻击亚热带香蕉,这几乎涵盖了所有合适的香蕉生长。区域[5,8,9,10]。自TR4发现以来的20年间,其发病率主要集中在东亚,东南亚和澳大利亚北部的部分地区,因此并未引起大家的恐慌。然而,最近的一些报道表明它已经扩散到中亚,中东和非洲的部分地区[8]。美洲是世界上主要的香蕉种植和出口地区之一,直到今年才受到TR4的影响。一旦TR4蔓延到美洲,世界各地的香蕉种植区将受到TR4的影响。

下一个香蕉在哪里吃?

这个项目要求很高吗?这种品种适合长途运输吗?这种品种可以持续多少年?

仅仅寻找新品种根本不是解决方案。当发现新品种时,病原体将演变成不同的变种,我们将进入我们之前经历的无限循环(Great Mike-Panama; Cavendish-Banana Fusarium Tropical No.4)。

另一方面,病原体的发展速度比我们寻找新品种和驯化新品种的速度要快得多。为了打破这个奇怪的圈子,我们必须打破香蕉单株栽培的模式,但要找到适合大规模种植的许多香蕉品种并不容易,这些香蕉品种适合长途运输,因为香蕉养殖也是如此一个漫长的过程。

在我们面前还有一个残酷的事实 - 60年前可供我们选择的香蕉品种数量也已大幅减少。有人可能会说我们已经重新选择了二倍体或四倍体香蕉进行种植,这样香蕉可以通过有性繁殖成倍增加香蕉基因的多样性?然而,二倍体和四倍体香蕉通过有性生殖生长的果实是种子,它们会袭击我们的牙齿并严重影响我们吃香蕉的情绪。

你会吃转基因香蕉吗?

随着生物技术的发展,研究人员还试图利用基因改造和基因编辑技术来提高香蕉对病原体的抵抗力。 2017年,澳大利亚昆士兰科技大学的研究员詹姆斯戴尔及其合作者在世界着名的研究期刊“自然传播”上发表了重要成果:他们通过转基因技术在卡文迪什香蕉中表达了基因RGA2(从反分析中分离出来) TR4二倍体香蕉)和Ced9(秀丽隐杆线虫的抗凋亡基因)可以显着增加对TR4的抗性[11]。

但是,转基因香蕉,你会吃吗?目前,所有消费者都不接受转基因食品。对于大规模种植转基因香蕉,存在一系列问题,如立法问题,道德问题和环保主义者的抗议。

件。同时,有必要通过分子生物学方法研究香蕉枯萎病的发病机制,并从根本上遏制香蕉枯萎病的传播。最后,我们还必须加强宣传和科普,以便每个人都能正确理解转基因技术及其优势,以及它为未来香蕉种植业带来的可能性。

参考号:

[1]

[2] Stover,R。H.(1962)。香蕉枯萎病的研究: VIII。通过文化相互作用和挥发性物质区分克隆。能够。 J. Bot。 40,1467C1471。 doi: 10.1139/b62-142

[3]

[4]

[5] Ploetz,R。C.(2006)。香蕉枯萎病是由几种被称为尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum f)的病原体引起的。 SP。香蕉枯萎病。植物病理学96,653C656。

Doi: 10.1094/PHYTO-96-0653

[6]

[7] K. Shepherd。 (1952年)。 JAMAICA中Gros Michel香蕉的种子肥力。园艺科学。 doi.org/10.1080/.1954。

[8] Miguel D.等。 (2018)。香蕉枯萎病当前流行病学知识和可持续疾病管理研究需求。 Plant Science in Plant Science 9,1468。doi: 10.3389/fpls.2018。

[9] Buddenhagen,I。(2009)。了解尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum f。)的菌株多样性。 SP。 cubense和引入“热带竞赛4”的历史,以更好地管理香蕉生产。 Acta Hortic。 828,193C204。 doi: 10./ActaHortic.2009.828.19

[10] Mostert,D。等。 (2017年)。香蕉枯萎病真菌Fusarium oxysporum f的分布和寄主范围。 SP。 cubense,在亚洲。 PLoS ONE。 12: e。 doi: 10.1371/journal。推迟实施。

[11] James D.等。 (2017年)。转基因卡文迪什香蕉抗枯萎病热带种族4.自然通讯8,1496。doi: 10.1038/s-017--6

本文为第一作者的原创,未经授权不得转载

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