全世界的香蕉植株遺傳基因非常單一，一旦暴發(fā)真菌感染，很容易導(dǎo)致“團(tuán)滅”。不過(guò)最近，英國(guó)劍橋大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)改進(jìn)了古老的嫁接技術(shù)，有望提升香蕉等農(nóng)作物的遺傳多樣性。

每家水果店都能買到的香蕉，其實(shí)長(zhǎng)期以來(lái)面臨著滅絕的危機(jī)。這是因?yàn)槿澜绲南憬吨仓赀z傳基因非常單一，一旦暴發(fā)真菌感染，很容易導(dǎo)致“團(tuán)滅”。不過(guò)最近，英國(guó)劍橋大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)（University of Cambridge）改進(jìn)了古老的嫁接技術(shù)，有望提升香蕉等農(nóng)作物的遺傳多樣性，這項(xiàng)研究近日在《自然》（Nature）發(fā)表。

你吃的每一根進(jìn)口香蕉，幾乎都可以追溯到同一個(gè)祖先，那就是英國(guó)德文郡（Devonshire）一座莊園里的香蕉樹(shù)。

1870 年，園藝師 Joseph Paxton 得到了一棵從毛里求斯運(yùn)來(lái)的香蕉，把它種在查茨沃斯莊園（Chatsworth house）。他用他的雇主、莊園主德文郡公爵夫婦的名字，將這株香蕉命名為卡文迪許香蕉（Cavendish banana）。

Paxton 對(duì)這株香蕉精心呵護(hù)，因?yàn)閾?dān)心它不適應(yīng)英國(guó)的氣候，他設(shè)法將它周圍的環(huán)境維持在 18～30 攝氏度。五年后，這株香蕉終于開(kāi)花，結(jié)出上百根香蕉。伴隨著當(dāng)時(shí)英國(guó)的殖民擴(kuò)張，這株香蕉的幼苗又被傳教士們帶到了太平洋地區(qū)，逐漸擴(kuò)散到世界各地。

在當(dāng)時(shí)，世界上最流行的香蕉是大米七香蕉（Gros Michel）。直到 20 世紀(jì) 50 年代，一場(chǎng)香蕉枯萎病（banana wilt）對(duì)香蕉產(chǎn)業(yè)造成了重大打擊。這種疾病由一種鐮刀菌（Fusarium oxysporum f.sp. cubense）引起，而卡文迪許香蕉對(duì)當(dāng)時(shí)流行的菌株 TR1 免疫，因而迅速成為主流的香蕉品種。如今，全世界種植的香蕉里約 47% 為卡文迪許香蕉，占據(jù)香蕉海運(yùn)貿(mào)易的 99%（這個(gè)品種非常適應(yīng)長(zhǎng)途運(yùn)輸）。

曾幫助卡文迪許香蕉崛起的真菌，也隨時(shí)可能扼殺它。遺傳多樣性的高度匱乏使得香蕉這個(gè)物種非常脆弱?？ㄎ牡显S香蕉和其他許多商業(yè)化的品種都是不育的。過(guò)去的農(nóng)民使用扦插香蕉苗的方式繁殖，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中也經(jīng)常使用組織培養(yǎng)技術(shù)，這兩種方法本質(zhì)上就是克隆，每一棵香蕉苗的基因都完全相同。也就是說(shuō)一旦爆發(fā)病害，就可能導(dǎo)致一個(gè)品種的香蕉“團(tuán)滅”，就像當(dāng)年的大米七香蕉那樣。

在半個(gè)世紀(jì)的時(shí)間里，鐮刀菌已經(jīng)演化出新的菌株 TR4，能夠殺死卡文迪許香蕉。這種真菌通過(guò)被污染的土壤、水源和種植材料傳播，可以在土壤中存活長(zhǎng)達(dá)三十年，目前仍未找到完全消滅它的方法。2019 年，TR4 在拉丁美洲及加勒比地區(qū)暴發(fā)，這是全世界重要的香蕉產(chǎn)區(qū)?？茖W(xué)家預(yù)測(cè)，如果不能找到幫助卡文迪許香蕉抵御枯萎病的方法，這個(gè)品種可能在未來(lái)幾十年滅絕。

禍不單行，香蕉還面臨著一種新的病原體的威脅。近期一項(xiàng)研究報(bào)告，香蕉血液病（Banana Blood disease）正在東南亞地區(qū)蔓延。這種疾病由蒲桃雷爾氏菌（Ralstonia syzygii）引起，患病的香蕉果肉腐爛，變成深色，看起來(lái)就好像出血一樣。該研究作者測(cè)試了包括卡文迪許香蕉在內(nèi)的 18 個(gè)常見(jiàn)品種，發(fā)現(xiàn)它們?nèi)紝?duì)這種疾病易感。

為了保護(hù)香蕉，科學(xué)家們一邊努力控制疾病蔓延，一邊尋找能夠提升香蕉抗病性的方法。近期，來(lái)自英國(guó)劍橋大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一項(xiàng)突破性技術(shù)，第一次實(shí)現(xiàn)了單子葉植物的嫁接。這種方法不僅有望應(yīng)用于香蕉，還可以用于小麥、水稻等廣泛種植的農(nóng)作物。

嫁接技術(shù)有著悠久的歷史，被廣泛應(yīng)用于園藝和農(nóng)業(yè)中。假設(shè)你有一棵品種優(yōu)良的蘋果樹(shù)，想要培育出更多這樣的樹(shù)，可以選取它帶芽的枝條（接穗），將其嵌入一棵同種或近似種幼苗（砧木）上的切口，使得兩者的維管、生長(zhǎng)組織剛好對(duì)齊。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的生長(zhǎng)，接口愈合，植物就會(huì)長(zhǎng)成一棵同樣優(yōu)良的蘋果樹(shù)，盡管它的根部來(lái)自另一棵植株。

但是，嫁接技術(shù)一直不適用于像香蕉這樣的單子葉植物，因?yàn)樗鼈內(nèi)狈S管形成層（vascular cambium）。這是樹(shù)皮（韌皮部）內(nèi)側(cè)的一層結(jié)構(gòu)，在嫁接過(guò)程中，維管形成層的生長(zhǎng)讓兩個(gè)植株真正融合到一起，實(shí)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)交換，讓植株成活。

劍橋大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，在單子葉植物種子發(fā)育的早期階段，分別取它們的根和芽組織，在下胚軸位置實(shí)施嫁接，就能有效融合。該技術(shù)對(duì)一系列單子葉作物植物有效，包括菠蘿、香蕉、洋蔥、龍舌蘭和棗椰樹(shù)。實(shí)驗(yàn)證明，將熒光染料注入植物根部，可以看到它向上移動(dòng)并穿過(guò)嫁接部位。

這個(gè)技術(shù)聽(tīng)起來(lái)并不復(fù)雜，但研究團(tuán)隊(duì)需要對(duì)抗這個(gè)領(lǐng)域里根深蒂固的成見(jiàn)?！拔一仡櫫诉^(guò)去幾十年關(guān)于嫁接的研究論文，每個(gè)人都說(shuō)它不能用于單子葉植物。我很固執(zhí)地堅(jiān)持下去，堅(jiān)持了很多年，直到我證明他們是錯(cuò)的，”劍橋大學(xué)植物科學(xué)系學(xué)者、蓋茨劍橋獎(jiǎng)學(xué)金獲得者（Gates Cambridge Scholar）、該論文的第一作者 Greg Reeves 博士說(shuō)。

“我們實(shí)現(xiàn)了每個(gè)人都認(rèn)為不可能的事情。胚胎組織嫁接在一系列類似物種中具有真正的潛力。我們還發(fā)現(xiàn)，即使是在演化上相隔較遠(yuǎn)的物種，它們也是嫁接相容的，”該研究資深作者、劍橋大學(xué)植物科學(xué)系的 Julian Hibberd 教授說(shuō)。

全世界有大約 6 萬(wàn)種單子葉植物，其中許多是重要的農(nóng)業(yè)作物，如水稻、小麥、大麥。這一最新技術(shù)有助于改良植物品種，例如培育矮化植物，提升對(duì)土壤傳播病菌的抵抗力，或提升在惡劣環(huán)境條件下生長(zhǎng)的能力。

Reeves 補(bǔ)充說(shuō)：“使重要的糧食作物能夠?qū)拐诖輾鼈兊募膊?，這是一項(xiàng)緊迫的挑戰(zhàn)。我們的技術(shù)能夠直接提升植物抗病性，或者耐鹽堿等其他有益的特性，而不需要借助基因改造或長(zhǎng)時(shí)間的育種計(jì)劃?！?/span>

研究人員已通過(guò)劍橋企業(yè)（Cambridge Enterprise）為他們的嫁接技術(shù)申請(qǐng)了專利，或許在不久的將來(lái)就能在農(nóng)業(yè)中得到應(yīng)用。

論文信息

Reeves, G., Tripathi, A., Singh, P.?et al.?Monocotyledonous plants graft at the embryonic root–shoot interface.?Nature?(2021).?https://doi.org/10.1038/s41586-021-04247-y?

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