Bananen sind weltweit eine wichtige Nutzpflanze, doch ihre Erträge sind durch verschiedene Krankheiten gefährdet, insbesondere durch die Bananen-Fusarium-Welke, die durch Fusarium oxysporum verursacht wird. Herkömmliche Bekämpfungsmethoden, darunter chemische Pestizide, bergen Umweltrisiken und sind nicht immer wirksam.
Wilde Bananenarten, die eine größere genetische Vielfalt und höhere Konzentrationen von Abwehrstoffen aufweisen, bieten mögliche Lösungen. Aufgrund dieser Herausforderungen ist eine weitere Erforschung der genetischen Mechanismen, die der Bananenkrankheitsresistenz zugrunde liegen, unerlässlich.
Forscher des Jiangsu Key Laboratory für die Erforschung und Nutzung pflanzlicher Ressourcen und Mitarbeiter haben veröffentlicht die Studie in Gartenbauforschung.
Sie stellten ein nahezu lückenloses Genom von Musella lasiocarpa zusammen, einer wilden Verwandten der Banane, um die Biosynthese von Phenylphenalenon (PhPN)-Phytoalexinen zu untersuchen. Diese Studie identifizierte drei neue O-Methyltransferasen (OMTs), die an der Verbesserung der antimykotischen Eigenschaften dieser Verbindungen beteiligt sind, und ebnete damit den Weg für die Entwicklung krankheitsresistenter Bananensorten.
Die Studie konzentrierte sich auf den Biosyntheseweg von PhPN-Phytoalexinen, natürlichen Abwehrstoffen in Bananen. Mithilfe moderner genomischer Techniken stellte das Team ein hochwertiges, nahezu vollständiges Genom von Musella lasiocarpa zusammen. Sie integrierten transkriptomische und metabolomische Daten, um Kandidatengene zu identifizieren, die an der PhPN-Biosynthese beteiligt sind.
Durch phylogenetische Analyse und enzymatische Tests in vitro wurden drei neue OMTs charakterisiert. Diese Enzyme, Ml01G0494, Ml04G2958 und Ml08G0855, spielten eine bedeutende Rolle bei der Methylierungsmodifizierung von PhPNs und verstärkten deren antimykotische Wirkung gegen Fusarium oxysporum.
Insbesondere Ml08G0855 erwies sich als multifunktionales Enzym, das auf mehrere Hydroxylgruppen in PhPN-Strukturen abzielt. Die Studie ergab auch, dass die Methylierung von PhPNs deren antimykotische Eigenschaften deutlich steigert und damit eine potenzielle genetische Ressource zur Verbesserung der Krankheitsresistenz bei Bananen durch molekulare Züchtung darstellt.
Dr. Yu Chen, einer der korrespondierenden Autoren, erklärte: „Diese Forschung liefert entscheidende Erkenntnisse über die genetische Grundlage der Krankheitsresistenz bei Bananen. Indem wir die Biosynthesewege von Phenylphenalenon-Phytoalexinen verstehen und nutzen, können wir widerstandsfähigere Bananensorten entwickeln und so angesichts zunehmender landwirtschaftlicher Herausforderungen bessere Ernteerträge und Nachhaltigkeit sicherstellen.“
Diese Forschung hat einen zweifachen Nutzen: Sie bietet eine direkte Anwendung in Bananenzuchtprogrammen, um die Krankheitsresistenz durch molekulare Techniken zu verbessern, und sie bietet eine Grundlage für weitere Studien zur Rolle von Phytoalexinen bei der Interaktion zwischen Pflanzen und Krankheitserregern.
Die Folgen sind weitreichend und könnten zum Anbau widerstandsfähigerer Bananensorten führen, die dem durch den Klimawandel verursachten Stress standhalten und die Umweltauswirkungen von Krankheitsbekämpfungsmaßnahmen verringern können.
Mehr Informationen:
Wanli Zhao et al., Charakterisierung von O-Methyltransferasen in der Biosynthese von Phenylphenalenon-Phytoalexinen basierend auf dem Telomer-zu-Telomer-lückenlosen Genom von Musella lasiocarpa, Gartenbauforschung (2024). DOI: 10.1093/hr/uhae042