Учёные раскрыли 9-миллионную тайну происхождения картофеля

Картофель обязан своим существованием древнему скрещиванию томатов и картофелеподобных растений. Фото: Shutterstock

Международная группа исследователей обнаружила, что естественное скрещивание в дикой природе между растениями томатов и картофелеподобными видами из Южной Америки около 9 миллионов лет назад привело к появлению современного картофеля.

В исследовании, опубликованном в журнале Cell, учёные предполагают, что это древнее эволюционное событие спровоцировало формирование клубня — утолщённого подземного образования, накапливающего питательные вещества у таких растений, как картофель, ямс и таро.

«Наши результаты показывают, как гибридизация между видами может запустить эволюцию новых признаков, позволяя появляться ещё большему количеству видов», — говорит ведущий автор исследования Санвэнь Хуан из Китайской академии сельскохозяйственных наук. «Мы наконец-то разгадали тайну происхождения картофеля».

Как одна из важнейших сельскохозяйственных культур в мире, происхождение картофеля долгое время оставалось загадкой для учёных. Внешне современные растения картофеля почти идентичны трём картофелеподобным видам из Чили под названием Etuberosum. Однако эти растения не образуют клубней. Филогенетический анализ показывает, что картофель ближе к томатам.

Чтобы разрешить это противоречие, команда проанализировала 450 геномов культурного картофеля и 56 диких видов.

«Дикие виды картофеля очень сложно собирать, поэтому этот набор данных представляет собой наиболее полную коллекцию геномной информации о диком картофеле из когда-либо анализировавшихся», — отмечает первый автор статьи Чжиян Чжан из Института сельскохозяйственной геномики в Шэньчжэне.

Исследователи обнаружили, что каждый вид картофеля содержит стабильную, сбалансированную смесь генетического материала от Etuberosum и томатов, что указывает на гибридное происхождение картофеля.

Хотя Etuberosum и томаты — разные виды, у них был общий предок около 14 миллионов лет назад. Даже после 5 миллионов лет раздельной эволюции они смогли скрещиваться, что около 9 миллионов лет назад привело к появлению первых картофельных растений с клубнями.

Учёные также проследили происхождение ключевых генов, отвечающих за формирование клубней. Ген SP6A, который действует как главный переключатель, сигнализирующий растению о начале образования клубней, достался картофелю от томатов. Другой важный ген IT1, контролирующий рост подземных стеблей, формирующих клубни, унаследован от Etuberosum. Без любого из этих компонентов гибридное потомство не смогло бы образовывать клубни.

Эта эволюционная инновация совпала с периодом активного подъёма Анд, когда формировались новые экологические ниши. Благодаря способности накапливать питательные вещества под землёй, ранние картофельные растения смогли адаптироваться к изменяющейся среде, выживая в суровых горных условиях.

Клубни также позволяют картофелю размножаться без семян и опыления — новые растения просто прорастают из почек на клубне. Эта особенность помогла картофелю быстро распространиться и занять разнообразные экологические ниши — от умеренных лугов до холодных высокогорных пастбищ Центральной и Южной Америки.

«Эволюция клубня дала картофелю огромное преимущество в суровых условиях, спровоцировав взрывное видообразование и способствуя тому богатому разнообразию картофеля, которое мы видим и используем сегодня», — заключил Хуан.

Источники: sciencedaily.com, материалы предоставлены Cell Press.