不同品系香蕉（banana）抗病能力為何不同？

 

圖片來源：維基百科

香蕉（Musa ssp.）是全球最大的單子葉植物（最高的是竹子），也是重要的水果與糧食作物。現在市面上的香蕉，幾乎都是Cavendish品系（華蕉），而過去則是Gros Michel（大米七）。

為什麼會從耐得住運輸的大米七換到華蕉，就不得不提到可怕的尖孢鐮刀菌（Fusarium oxysporum f. sp. cubense（Foc））。這種真菌造成香蕉的黃葉病（又名巴拿馬病），在二十世紀初開始在中美洲的香蕉園肆虐。

由於大米七對於尖孢鐮刀菌完全沒有抵抗力但是華蕉有，所以在標準水果公司開始改種華蕉後，大家也紛紛改種了。

但是快樂的日子總是不會長久。到了1991年，尖孢鐮刀菌又捲土重來了。這麼一來，科學家們才發現，原來之前危害大米七的是熱帶第一型（Foc 1），而這次現身的是熱帶第四型（Foc 4）。熱帶第四型連華蕉都無法抵抗。

當然，培育可以抵抗熱帶四型的新品系是有必要的（而且台灣已經成功培育出兩個品系：台蕉5號與台蕉7號），但是深入瞭解究竟為何有些香蕉可以抗病、有些就不行，也非常重要。為什麼呢？因為瞭解了其中的機制，就可以在未來育種時更有效率。

最近發表在《自然遺傳》（Nature Genetics）上的論文，就是試圖解開這個謎題。

研究團隊仔細分析了大米七與華蕉的基因體。這兩個品系的香蕉，雖然都是由相同的三種香蕉Ban (Banksii)，Dh (DH-Pahang)，和Ze (Zebrina)​組成的，但是基因體的大小卻有差別。華蕉的基因體明顯地較大。

研究團隊最關心的是，為什麼二十世紀初尖孢鐮刀菌出現的時候，大米七應風而倒？研究團隊發現，在大米七的Ze亞基因組中，少了RGA2基因的RLP區位，這是對Foc 1型抵抗所必需的。研究團隊認為，這個RLP區位可能來自於Zebrina基因組，它的缺失部分解釋了大米七對Foc 1型的易感性。

至於為何這些香蕉都無法抵抗熱帶四型，可能是因為不論是大米七或華蕉（還有許多香蕉品系），在Rga2基因上游有個轉座子插入，導致RGA2基因無法表現。由於RGA2基因的表現量與對熱帶四型的抗性強烈相關，所以這個發現對於瞭解為何熱帶四型如此恐怖有相當大的幫助。

另外，研究還發現了控制香蕉成熟過程的關鍵基因。香蕉的成熟過程涉及兩個正回饋循環，一個涉及乙烯的合成，另一個與乙烯的信號傳遞有關。研究團隊發現了一組稱為MaNAP（Musa acuminata NAC-like activated by apetala3/pistillata）的轉錄因子，是這兩個循環之間的連接節點。研究中發現了華蕉和大米七品種分別有五個和四個MaNAP同源基因。

其中特別是MaNAP4和MaNAP5這兩個新的同源基因，它們在果實中高度且專一性地表達，並與已知與果實成熟相關的基因（例如ACS和EXP）以及許多未知功能的基因結合。ACS是「1-氨基環丙烷-1-羧酸合成酶」，而EXP是「膨脹素」。ACS是乙烯生物合成途徑中的關鍵酶，EXP在調節植物細胞壁的伸展和軟化過程中起著重要作用。因此，MaNAP4和MaNAP5這兩個轉錄因子對香蕉成熟非常重要。

可惜台灣的台蕉5號與台蕉7號沒有一起分析，否則我們應該可以進一步瞭解為何它們不怕熱帶四型。

參考文獻：

Li, X., Yu, S., Cheng, Z. et al. Origin and evolution of the triploid cultivated banana genome. Nat Genet (2023). https://doi.org/10.1038/s41588-023-01589-3