Den genetischen Code der Banane entschlüsseln: Von der Wildfrucht zur modernen Delikatesse

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Liu Xin (Südchinesischer Botanischer Garten, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Hersteller: China Science Expo

Die Banane ist eine Frucht, die uns aus dem täglichen Leben so vertraut ist, aber sind Sie sicher, dass Sie wirklich ein „alter Bekannter“ davon sind?

Die Banane (Musa spp.), auch als Süßbanane bekannt, ist eine große, mehrjährige, krautige Blütenpflanze aus der Gattung Musa in der Familie der Musaceae (Zingiberales, einkeimblättrige Pflanzen).

Bananen stammen im Allgemeinen aus Südostasien, einschließlich Indien und Südchina. In alten chinesischen Büchern werden die Begriffe Bananen, Kochbananen und süße Bananen oft synonym verwendet. Ausführliche Aufzeichnungen zum Bananenverzehr finden sich in Band 10 von Qi Min Yao Shu (Grundlegende Techniken für die Menschen). Guang Zhi sagt: „Ziehen Sie die Schale ab, sie ist gelblich-weiß und schmeckt nach Weintrauben, süß und knackig und macht auch noch satt.“ Es ist ersichtlich, dass Bananen im alten China essbar waren, aber der Geschmack schien ganz anders zu sein als der der Bananen, die wir normalerweise essen, und sie hatten Kerne.

Das ist seltsam. Warum schmecken die Bananen, die wir heute essen, so gut und unterscheiden sich von dem, was in alten Büchern steht? Könnte es sein, dass sich Bananen heimlich und ohne unser Wissen entwickelt haben?

Bananengarten

(Fotoquelle: Veer Gallery)

Bananen: Nicht weiterentwickelt, sondern domestiziert

Unter Banane versteht man im Allgemeinen wilde Arten der Gattung Musa. Sie schmecken bitter, enthalten viele Kerne und sind ungenießbar. Bei den Bananen, die wir normalerweise essen, handelt es sich im Allgemeinen um domestizierte Kulturbananen .

Streng genommen handelt es sich bei Kochbananen, Bananen oder süßen Kochbananen um abstrakte Substantive , die sich nicht auf eine bestimmte Sorte beziehen. Daher werden sie von modernen Menschen oft synonym verwendet.

Wilde Banane mit Samen. Das Bild links zeigt eine wilde Banane (Musa velutina) mit leuchtend bunter Schale, die bei Reife automatisch aufplatzt; Das Bild rechts zeigt die gesammelten Samen dieser Art.

(Fotoquelle: Südchinesischer Botanischer Garten, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Wer also kam zuerst auf die Idee, die ungenießbare Banane zu domestizieren und eine für den Menschen essbare Sorte zu schaffen?

Durch die Forschungen und Analysen von Wissenschaftlern, die gerne essen und studieren, entdeckten die Menschen nach und nach, dass die Region Neuguinea möglicherweise das älteste Zentrum der Bananendomestizierung ist und dass hier frühe Aufzeichnungen über den Anbau gefunden wurden.

Die meisten der heute essbaren kernlosen Bananen stammen hauptsächlich von zwei Wildarten: Musa acuminata (wissenschaftlicher Name Musa acuminata, AA, meist mit langen Früchten ) und Musa balbisiana (wissenschaftlicher Name Musa balbisiana, BB, meist mit runden und prallen Früchten ). Sie entstanden durch intraspezifische oder interspezifische Hybridisierung, die zur Entstehung einer Vielzahl moderner Kulturbananen führte.

Das linke Bild zeigt die Frucht der Bananenpflanze; Das rechte Bild zeigt die Frucht der Bananenpflanze

(Fotoquelle: Südchinesischer Botanischer Garten, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Die auf dem Markt üblichen Kultursorten sind durch künstliche Hybridisierung entstandene Triploide, die hauptsächlich aus drei Kategorien bestehen: Banane (AAA), Kochbanane (AAB) und rosa Banane (ABB) .

Banane (links), Kochbanane (Mitte), rosa Banane (rechts)

(Fotoquelle: Veer Gallery)

Sie sind parthenokarp, was bedeutet, dass sie ohne Bestäubung Früchte tragen können. Da in der Produktion keine Samen vorhanden sind, wird für den großflächigen Anbau im Allgemeinen die Gewebekultur verwendet. Nachdem Sie dies gelesen haben, verstehen Sie vielleicht, dass Menschen die Methode des „Sterilisierens“ von Bananen anwenden, um die schwarzen Kerne zu entfernen und so den Geschmack zu verbessern.

Der schwarze Punkt in der Mitte ist die Samenschale, die beim Zerfall des Samens übrig geblieben ist.

(Fotoquelle: Veer Gallery)

Bananen werden häufig gegessen

Obwohl wir Bananen normalerweise als köstliche Frucht nach dem Essen betrachten, sind die essbaren Aspekte von Bananen weitaus mehr als das.

Unvollständigen Statistiken zufolge gibt es weniger als 100 wilde Arten der Gattung Musa, aber bis zu 1.000 kultivierte Bananensorten. Diese Sorten werden in etwa 140 Ländern hauptsächlich wegen ihrer Früchte angebaut. Wenn der Geschmack nicht so gut ist, können Sie die Herstellung von Wein in Erwägung ziehen, beispielsweise Bananenbier oder Bananenwein.

Darüber hinaus können die Scheinstämme und Blätter der Kulturbanane auch Ballaststoffe produzieren und die Wurzeln können große Mengen Stärke ansammeln . In einigen unterentwickelten Ländern sind Bananen immer noch eine wichtige Nahrungsmittelreserve für die Menschen .

Obwohl einige Bananensorten nicht für den Frischverzehr geeignet sind, enthalten sie wenig Zucker, wenig Wasser, viele Ballaststoffe und schmecken roh rau, aber nach dem Kochen (z. B. Dämpfen, Kochen, Backen und Braten) schmecken sie immer noch köstlich auf dem Tisch und werden in einigen afrikanischen Ländern sogar als Grundnahrungsmittel verwendet.

Kochbananen-Puffs: Ein beliebter afrikanischer Straßensnack

(Fotoquelle: Veer Gallery)

Diese Kochbananen, die im Allgemeinen zur Familie A. albizia (AAB) gehören, tragen das ganze Jahr über Früchte und sind äußerst widerstandsfähig, was sie zu einer wertvollen Nahrungsquelle während Hungersnöten macht.

Wir essen nicht nur Bananen.

Natürlich beschränkt sich die Forschung der Wissenschaftler zu Bananen nicht nur auf das Wort „essen“. Mit dem Aufkommen und der Entwicklung des Forschungsgebiets Genomik betreiben Wissenschaftler seit 2007 Genomforschung an Obstkulturen und erforschen die genetischen Geheimnisse von Früchten wie Trauben, Papayas, Äpfeln und Walderdbeeren.

Zeitleiste der Abfolge wichtiger Obstkulturen

(Bildquelle: Referenz [1])

Das erste Bananengenom, genauer gesagt das erste Genom der Wilden Kochbanane (Musa acuminata), wurde 2012 sequenziert, was die nachfolgende funktionelle Züchtungsforschung erheblich erleichterte.

Das erste Musa acuminata-Genom wurde 2012 in Nature veröffentlicht

(Bildquelle: Referenz [2])

In den folgenden zehn Jahren wurden zahlreiche Genomstudien an Wildbananen durchgeführt, es wurde jedoch kein Referenzgenom von Kulturbananen veröffentlicht . Kulturbananen sind häufig polyploid, weisen eine hohe Heterozygotie und einen hohen Gehalt an repetitiven Sequenzen auf , sodass die Analyse des Genoms nicht einfach ist.

Im August 2022, zehn Jahre nach der Veröffentlichung des ersten Genoms einer Wildbanane, plante ein Forschungsteam des Südchinesischen Botanischen Gartens der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, eine Gesamtgenomstudie der Kulturbanane (AAA) durchzuführen. Ziel war es, die genetische Zusammensetzung des Gesamtgenoms der Kulturbanane aufzudecken und eine Forschungsgrundlage für die Rückverfolgung der genetischen Vorfahren der Kulturbanane und die Identifizierung wichtiger Domestizierungsmerkmale zu legen.

Die vom Forschungsteam ausgewählte Sorte gehört zur brasilianischen Bananensorte Cavendish, die weltweit angebaut wird und etwa 50 % des Marktanteils ausmacht. Es gab bereits frühere Studien zum Genom der Cavendish-Banane, aber die Auflösung und Vollständigkeit waren unzureichend. Wissenschaftler warten gespannt auf die Auflösung des vollständigen Referenzgenoms von Cavendish.

Warum ist es köstlich, aber nicht krankheitsresistent?

Informationen zum gesamten Genom können uns helfen, den Domestizierungsprozess besser zu verstehen. Welche Gene spielen eine Schlüsselrolle bei der Geschmacksbildung von Kulturbananen? Warum sind Kulturbananen im Allgemeinen weniger krankheitsresistent als Wildbananen?

Mit diesen Fragen im Hinterkopf führte das Forschungsteam weitere Untersuchungen durch und stellte fest, dass sich die Genfamilie, die mit der Qualität und dem Geschmack von Früchten zusammenhängt, erheblich erweitert hatte und nun auch den Stoffwechselweg für Saccharose/Disaccharide/Oligosaccharide, den Stoffwechselweg für Stärke und den Weg für die Synthese aromatischer Substanzen umfasst. Mit anderen Worten, sie sind an der Bildung der Süße, der weichen Textur, des Aromas usw. in Bananenfrüchten beteiligt.

Der enorme Unterschied in Geschmack und Aroma zwischen frischen Bananen und Kochbananen könnte durch diese Gene gesteuert werden. Frische Bananen schmecken tendenziell süßer, was mit der Ansammlung löslicher Zucker während der Fruchtreife zusammenhängt.

Brasilianische Banane im Südchinesischen Botanischen Garten

(Fotoquelle: Südchinesischer Botanischer Garten, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Obwohl kultivierte Bananen besser schmecken, scheinen wilde Sorten resistenter gegen Krankheiten zu sein . Diese Situation ist nicht nur auf Bananen beschränkt. Bei den meisten Nutzpflanzen kommt es im Laufe der Domestizierung zu einer Abnahme der Krankheitsresistenz, was hauptsächlich auf die allmähliche Homogenisierung der genetischen Komponenten während des Domestizierungsprozesses zurückzuführen ist.

Besonders bei Bananen ist es aufgrund ihrer besonderen ungeschlechtlichen Fortpflanzungsart möglich, dass brasilianische Bananen auf der ganzen Welt vom selben Individuum stammen und über denselben DNA-Satz verfügen. Wenn ein Individuum für eine Krankheit anfällig ist, dann sind alle Individuen dafür anfällig. Ein Beispiel hierfür ist die Fusarium-Welke, die vor einer Generation dazu führte, dass eine weltweit beliebte Gerstensorte vom Markt verschwand. Leider hat man in den letzten Jahren festgestellt, dass auch brasilianische Bananen anfällig für Welkekrankheit sind.

Die Forscher testeten das gesamte Genom auf Krankheitsresistenzloci und stellten fest, dass die brasilianische Banane im Vergleich zur Wildbanane weniger Resistenzgene enthielt.

Dies steht im Einklang mit traditionellem Wissen, doch angesichts des monophyletischen Ursprungs der brasilianischen Banane (ihre Resistenzgene werden direkt von den Eltern vererbt, sodass die Resistenzgene mit denen der Eltern übereinstimmen sollten) ist dieses Ergebnis überraschend. Forscher glauben, dass der komplexe Domestizierungsprozess der brasilianischen Banane diese Einzigartigkeit verursacht haben könnte. Darüber hinaus lokalisierten die Forscher auch Regionen auf den Chromosomen 3 und 10, die mit der Resistenz gegen die Fusarium-Welke in Zusammenhang stehen, und gaben damit eine Richtung für die zukünftige Forschung zur Fusarium-Welke vor.

Abschluss

Den Domestizierungsprozess von Nutzpflanzen zu verstehen, ist oft nicht einfach. So ist beispielsweise die Herkunft des asiatischen Reises (auch Reis genannt) seit langem umstritten. Die erfolgreiche Analyse des triploiden Bananengenoms stellt eine wichtige Ressource für die Bananengenetik und -züchtung dar. Die Bestimmung der Vorfahren und des Domestizierungsprozesses von Kulturbananen ist eine weitere äußerst wichtige Aufgabe, die uns helfen wird zu verstehen, wie die Bananenvielfalt entstanden ist, was der Schlüssel zur zukünftigen Bananenzüchtung ist.

In Zukunft werden Botaniker groß angelegte Untersuchungen zu Keimplasma-Ressourcen mit Forschungen auf Populationsebene kombinieren (indem sie Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen Individuen und Gruppen vergleichen), um den Ursprungsprozess der Domestizierung von Kulturbananen weiter aufzuklären, damit Züchter geeignete Sorten für die Hybridisierung auswählen können.

Die winzige Banane birgt die Geheimnisse der menschlichen Domestizierung von Früchten. In Zukunft werden uns Botaniker noch mehr Geheimnisse der Domestizierung verraten. Freust du dich schon?

Quellen:

[1]Wang R, Li X, Sun M, et al. Genomische Einblicke in die Domestizierung und genetische Verbesserung von Obstkulturen[J]. Pflanzenphysiologie, 2023: kiad273.

[2] D'hont A, Denoeud F, Aury JM, et al. Das Genom der Banane (Musa acuminata) und die Evolution einkeimblättriger Pflanzen[J]. Nature, 2012, 488(7410): 213-217.