Wie TR4 die weltweite Bananenproduktion bedroht

Wussten Sie, dass die Bananen, die Sie heute essen, nicht derselben Sorte angehören wie jene, die Menschen noch vor wenigen Generationen konsumierten?

Die Banane, die heute vielleicht zu Ihrem Frühstück gehörte, ist wahrscheinlich eine Sorte namens Cavendish-Banane. Bis in die 1950er-Jahre lagen in Lebensmittelgeschäften dagegen vor allem Bananen der Sorte Gros Michel, die durch eine Krankheit namens Fusarium-Welke der Banane, kurz FWB, praktisch ausgelöscht wurde.

Bei Gros Michel wurde FWB durch Fusarium oxysporum Rasse 1 ausgelöst, einen Pilzerreger, der Bananen befällt. Die Pilzinfektion tötet die Pflanze, indem sie ihr Leitgewebe besiedelt und dadurch den Transport von Wasser und Mineralstoffen blockiert.

Pflanzenbiologinnen und Pflanzenbiologen entwickelten die gegen Fusarium resistente Sorte Cavendish als Ersatz für Gros Michel. Doch seit einigen Jahrzehnten bedroht ein erneutes Auftreten der FWB die weltweite Bananenproduktion: Verursacht wird es durch einen anderen Stamm desselben Pilzes, die tropische Rasse 4, kurz TR4.

TR4 und die Cavendish-Banane

Wie konnte Fusarium oxysporum die Fähigkeit entwickeln, Resistenzen zu überwinden und so viele unterschiedliche Pflanzen zu infizieren?

Das zweiteilige Genom von F. oxysporum

Ich bin Genomforscherin und untersuche seit einem Jahrzehnt die genetische Evolution von Fusarium oxysporum. Als Artenkomplex kann F. oxysporum bei mehr als 120 Pflanzenarten Welkekrankheiten und Wurzelfäule auslösen. Einige Stämme können zudem Menschen infizieren.

Mein Labor entdeckte 2010, dass sich jedes Genom von F. oxysporum in zwei Bereiche aufteilen lässt: ein Kerngenom, das allen Stämmen gemeinsam ist und für grundlegende lebenswichtige Funktionen codiert, sowie ein akzessorisches Genom. Letzteres unterscheidet sich zwischen den Stämmen und codiert spezialisierte Funktionen, etwa die Fähigkeit, eine bestimmte Wirtspflanze zu infizieren.

Jede Pflanzenart verfügt über eine ausgeklügelte Immunantwort zur Abwehr mikrobieller Eindringlinge. Um eine Infektion zu etablieren, setzt jeder Stamm von F. oxysporum daher sein akzessorisches Genom ein, um das jeweils einzigartige Abwehrsystem einer Pflanze zu unterdrücken. Diese funktionale Aufteilung ermöglicht es F. oxysporum, sein Wirtsspektrum erheblich zu erweitern.

In unserer kürzlich veröffentlichten Studie stellten mein Team sowie Kolleginnen und Kollegen in China und Südafrika fest, dass der TR4-Stamm, der Cavendish-Bananen abtötet, einen anderen evolutionären Ursprung hat. Auch die Sequenzen seines akzessorischen Genoms unterscheiden sich von jenen des Stamms, der Gros-Michel-Bananen vernichtete.

An der Schnittstelle, an der TR4 gegen seine Wirtspflanze, die Cavendish-Banane, kämpft, fanden wir heraus, dass einige aktivierte akzessorische Gene Stickstoffmonoxid freisetzen. Dieses Gas ist für die Cavendish-Banane schädlich.

Der plötzliche Ausstoß toxischer Gase erleichtert die Infektion, weil er das Abwehrsystem der Pflanze ausser Gefecht setzt. Zugleich schützt sich der Pilz selbst, indem er die Produktion von Chemikalien steigert, die Stickstoffmonoxid entgiften.

Mehr Vielfalt bei Bananen

Bei der Nachverfolgung der weltweiten Ausbreitung dieser neuen Variante von Fusarium oxysporum erkannten wir, dass die Vorherrschaft eines einzigen Bananenklons in der internationalen Bananenindustrie eine wesentliche Ursache für das jüngste Wiederaufflammen dieser Pilzinfektion ist.

Der Anbau unterschiedlicher Bananensorten kann die Landwirtschaft nachhaltiger machen und den Krankheitsdruck auf eine einzelne Kultur verringern. Landwirtinnen, Landwirte und Forschende können die Fusarium-Welke der Banane eindämmen, indem sie Bananensorten identifizieren oder entwickeln, die TR4 tolerieren oder dagegen resistent sind.

Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass Cavendish-Bananen auch durch wirksame Fänger für Stickstoffmonoxid geschützt werden könnten, die den toxischen Druck dieses Gasausstoßes verringern.

Wie Konsumentinnen und Konsumenten Bananenvielfalt fördern können

Für Menschen, die Bananen einfach gern essen, mag es schwer vorstellbar sein, wie sie sich am Kampf gegen die Krankheit beteiligen können, die Bananenkulturen verwüstet. Konsumentinnen und Konsumenten bestimmen jedoch den Markt, und Landwirtinnen und Landwirte müssen anbauen, was der Markt verlangt.

Sie können die Bananenvielfalt in Ihrem Supermarkt fördern, indem Sie bewusst eine oder mehrere der Hunderte anderen existierenden Bananensorten probieren, wenn diese dort angeboten werden. Auch der Kauf lokaler Sorten anderer Früchte und landwirtschaftlicher Erzeugnisse trägt dazu bei, die Pflanzenvielfalt zu erhalten und lokale Produzentinnen und Produzenten zu unterstützen.

Die Zusammenarbeit von Wissenschaft, Landwirtschaft, Industrie und Konsumentinnen und Konsumenten weltweit kann dazu beitragen, künftige Engpässe bei Bananen und anderen Kulturpflanzen zu vermeiden.

Li-Jun Ma, Professorin für Biochemie und Molekularbiologie, UMass Amherst

Dieser Artikel wird mit einer Creative-Commons-Lizenz von The Conversation erneut veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.