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    2. 知識普及

      為了變好吃,你知道香蕉有多努力嗎?

      發布時間:2023-09-12 作者:scbg 來源:華南植物園

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      ??????? 香蕉是我們日常生活中熟悉得不能再熟悉的水果了,但是你確定自己真的和它是“老熟人”嗎?

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      ??????? 香蕉:雖然經常吃,但我們還不熟

      ??????? 香蕉Musa? paradisiaca,又名甘蕉,是一種多年生大型草本開花植物,屬于單子葉植物綱姜目芭蕉科芭蕉屬。

      ??????? 一般認為,香蕉原產于東南亞地區,包括印度以及中國南部。中國古代典籍常常將香蕉、芭蕉和甘蕉混用,關于香蕉食用的詳細記載可見于《齊民要術》第十卷,《廣志》曰:“剝其上皮,色黃白,味似蒲萄,甜而脆,亦飽人”??梢钥闯?,中國古代是有食用蕉的,但食用口感似乎與我們平常吃的香蕉相去甚遠,并且是有種子的。

      ??????? 這就奇怪了,為什么我們現在所食用的香蕉口感很好,和古籍中所記載的不是一回事呢?難道是香蕉背著我們偷偷進化了?

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      ??????? 香蕉:沒有進化,但被馴化

      ??????? 芭蕉Musa basjoo,一般是指芭蕉屬野生種,它們味苦澀、帶有大量種子,不可食用。而我們平時食用的香蕉,一般指馴化種栽培香蕉。

      ??????? 從嚴格意義上說,無論是芭蕉、香蕉或者甘蕉,它們都是一類抽象名詞,并不指代某一個具體品種,因此也常常被現代人們混用。

      帶種子的野芭蕉。左圖是一種果皮顏色艷麗,成熟后自動炸裂開來的野芭蕉(Musa velutina);

      右圖是收集的該種的種子。圖片來源:中國科學院華南植物園

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      ??????? 那么,口味不佳的芭蕉是怎么馴化成可供人類食用的品種呢?

      ??????? 隨著愛吃且愛鉆研的科學家們的研究與分析,人們逐漸發現新幾內亞地區可能是最早的香蕉馴化中心,在這里發現了早期的栽培記錄。

      ??????? 現代大多數食用無籽蕉主要源自兩種野生品種:小果野蕉(學名為?Musa acuminata,染色體類型為 AA,大多為長長的果實)和野蕉(學名為?Musa balbisiana,染色體類型為 BB,大多為圓圓胖胖的果實),經過種內或種間的雜交形成,進而產生了多種多樣的現代栽培蕉。

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      左圖為小果野蕉果實;右圖為野蕉果實圖片?? 來源:中國科學院華南植物園

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      ??????? 市面上常見的栽培品種屬于人工雜交產生的三倍體,主要包括香蕉(AAA)、大蕉(AAB)和粉蕉(ABB)三大類。

      ??????? 它們屬于單性結實,也就是說這類品種不經過授粉也可以結出果實。由于沒有種子,生產上一般采用組織培養法進行大量種植。看到這里你或許就能明白,人們用給香蕉進行“絕育”的方式來去除黑黑的種子,從而讓口感變得更好。



      ??????? “吃”途廣泛的香蕉

      ??????? 雖然我們平時一般都是將香蕉當成茶余飯后的美味水果,但是香蕉的可食用指南遠不止于此。

      ??????? 據不完全統計,芭蕉屬野生品種不足百種,但產生的栽培蕉品種可達千種。這些品種在約 140 個國家廣泛種植,主要是獲取果實,口感差點的可以考慮釀酒,如香蕉啤酒、香蕉酒。

      ??????? 不僅如此,栽培蕉的假莖和葉還可以生產纖維,根部可以積累大量淀粉。在一些欠發達國家,香蕉還是人們的重要食物儲備。

      ??????? 盡管有些香蕉品種不適合鮮食,低糖、低水分、富含纖維,生吃口感粗糙,但經過烹飪(如蒸、煮、烤和油炸等)過后,它們仍舊可以成為餐桌上的美味,在一些非洲國家甚至還被作為主食。

      ??????? 這類烹食蕉一般屬于大蕉類(AAB),全年結果,極其耐儲藏,這也使得它們成為饑荒時期的寶貴食物來源。


      ??????? 人類可不是只會吃香蕉

      ??????? 當然,科學家們對香蕉的研究并不僅限于“吃”這個字上。隨著基因組學這一研究領域的興起與發展,科學家們自 2007 年以來,陸續開展果實作物基因組研究工作,先后探尋了葡萄、木瓜、蘋果、林地草莓等果實的基因奧秘。

      重要果實作物測序時間線。圖片來源:參考文獻[1]



      ??????? 第一個香蕉基因組,嚴格意義來說是第一個野生芭蕉(小果野蕉)基因組,于 2012 年完成測序,極大地促進了下游功能育種的研究。

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      第一個小果野蕉基因組發表于《自然》(2012)。圖片來源:參考文獻[2]

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      ??????? 隨后的 10 年內誕生了不少關于野生芭蕉的基因組研究,但始終沒有一個栽培香蕉的參考基因組發布。栽培香蕉往往是多倍體,雜合度、重復序列含量高,因此基因組的解析并不容易。

      ??????? 2022 年 8 月,距第一個野生芭蕉基因組發布后的第十年,中國科學院華南植物園的研究團隊計劃開展了對栽培香蕉(AAA)的全基因組研究,旨在揭示栽培香蕉的全基因組遺傳成分,為追尋栽培香蕉遺傳祖先以及鑒定關鍵馴化性狀奠定研究基礎。

      ??????? 研究團隊選擇的品種屬于卡文迪許蕉(Cavendish)類的巴西蕉,這個品種在全世界范圍內大量種植,市場份額占到了約 50%。先前曾有過關于卡文迪許蕉基因組的研究,但分辨率、完整性不足??茖W家們迫切期待著卡文迪許完整參考基因組的解析。


      ??????? 香蕉:我變好吃了,但也不抗病了

      ??????? 全基因組的信息可以更好地幫助我們理解馴化的過程,哪些基因對栽培香蕉風味形成起了關鍵作用?為什么栽培香蕉的抗病性普遍低于野芭蕉?

      ??????? 帶著這些疑問,研究團隊進行了進一步的挖掘,發現與果實品質及風味相關的基因家族發生了顯著擴張,包括蔗糖/二糖/寡糖代謝通路、淀粉代謝通路以及芳香物質合成相關通路。也就是說,它們參與香蕉果實中甜味、軟糯口感、香氣等的形成過程。

      ??????? 鮮食蕉和烹食蕉在口感風味上的巨大差異可能受到這部分基因控制。鮮食蕉往往吃起來更甜,這與果實成熟中可溶性糖的積累相關。

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      華南植物園中的巴西蕉。圖片來源:中國科學院華南植物園

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      ??????? 盡管馴化后的香蕉風味更佳,但野生種卻表現為具有更高的抗病性。這種情況并非只存在于香蕉中,大多數作物在馴化過程中往往都表現出抗病性的下降,這主要是由于馴化過程中遺傳成分逐漸單一化。

      ??????? 特別是對于香蕉而言,由于特殊的無性繁殖模式,全世界范圍內的巴西蕉可能都源自同一個個體,具有相同一套 DNA。如果個體表現為對某種病易感,那么所有的個體也都難以避免??菸【褪且粋€例子,導致上一代全球流行的大麥客品種淡出市場。令人遺憾的是,近年來發現,巴西蕉同樣對枯萎病易感。

      ??????? 研究人員對全基因組進行了抗病位點檢測,發現相對野生芭蕉,巴西蕉中存在更少的抗性基因。

      ??????? 這與傳統認知是相吻合的,但是考慮到巴西蕉的單系起源(它們的抗性基因是直接從親本繼承而來,因此抗性基因理應與親本保持一致),這樣的結果又是令人驚訝的,研究人員認為巴西蕉復雜的馴化過程可能造成這一獨特性。

      ??????? 此外,研究人員還在 3 號以及 10 號染色體上定位到關聯枯萎病抗性的區域,為未來枯萎病研究指明方向。


      ??????? 結語

      ??????? 理解作物的馴化過程往往并不簡單,例如亞洲稻(又稱水稻)的起源就長期存在爭議。三倍體香蕉基因組的成功解析為香蕉遺傳學和育種提供了重要資源。確定栽培香蕉的祖先和馴化過程則是另一項極其重要的工作,將有助于我們理解香蕉多樣性的形成途徑,這是未來香蕉育種的關鍵。

      ??????? 未來植物學家們會結合大規模的種質資源調查,通過群體水平(比較個體與群體間的異同)研究,進一步厘清栽培香蕉的馴化起源過程,以便于育種學者選擇合適的品種進行雜交。

      ??????? 小小的香蕉中藏著人類馴化果實的秘密,未來,植物學家們將為我們揭曉更多的馴化秘密,你期待嗎?


      ??????? 參考文獻

      ??????? [1]Wang R,Li X,Sun M,et al. Genomic insights into domestication and genetic improvement of fruit crops[J]. Plant Physiology,2023: kiad273.

      ??????? [2] D’hont A,Denoeud F,Aury J M,et al. The banana (Musa acuminata) genome and the evolution of monocotyledonous plants[J]. Nature,2012,488(7410):213-217.

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