Международная исследовательская группа обнаружила, считается, что естественное скрещивание дикорастущих томатов и видов, похожих на картофель, в Южной Америке около 9 миллионов лет назад стало причиной появления современного картофеля.
В исследовании, опубликованном в журнале Cell Press, ученые полагают, что это древнее эволюционное изменение стало причиной формирования клубня — увеличенной подземной структуры, служащей для хранения питательных веществ. Такая структура характерна для растений, таких как картофель, ямс и таро.
«Наши данные демонстрируют, что гибридизация между разными видами способна инициировать эволюцию новых признаков, что, в свою очередь, может привести к появлению большего разнообразия видов», — заявляет автор исследования Санвен Хуан из Китайской академии сельскохозяйственных наук. «Мы, наконец, выяснили секрет происхождения картофеля».
Ученые долгое время были озадачены происхождением картофеля, одной из наиболее значимых сельскохозяйственных культур в мире. Внешне современные сорта картофеля практически не отличаются от трех видов, похожих на картофель, произрастающих в Чили, которые называются Etuberosum. У этих растений отсутствуют клубни. Филогенетический анализ показывает, что картофель и помидоры имеют более близкое родство.
Для разрешения этого противоречия, исследовательская группа провела анализ геномов 450 сортов культивируемого картофеля и 56 видов дикорастущего. По словам автора статьи Чжияна Чжана, собрать образцы дикорастущего картофеля оказалось сложной задачей, поэтому была собрана самая масштабная на сегодняшний день коллекция геномных данных дикорастущего картофеля.
Установлено, что каждый сорт картофеля характеризуется устойчивым и гармоничным сочетанием генетических компонентов, происходящих от Etuberosum, это также применимо к томатам, что позволяет предположить древнее происхождение картофеля в результате гибридизации между этими культурами.
Хотя это разные виды, приблизительно 14 миллионов лет назад у них был общий предок. Даже после того, как они начали эволюционировать разными путями около 5 миллионов лет назад, они сохраняли способность к скрещиванию и примерно 9 миллионов лет назад породили самые первые растения картофеля, характеризующиеся наличием клубней.
Специалисты выявили генеалогию основных генов картофеля, контролирующих развитие клубней, которые являются результатом сочетания генетической информации от обоих родителей. Исследование показало, что ген SP6A, выполняющий роль ключевого регулятора, сигнализирующего растению о начале формирования клубней, унаследован от семейства томатов. Еще один значимый ген, IT1, участвующий в регулировании роста подземных стеблей, из которых формируются клубни, был получен со стороны Etuberosum. Без этого компонента гибридное потомство не способно было бы формировать клубни.
Появление этого эволюционного признака совпало с быстрым подъемом гор Анд, что привело к формированию новых экологических условий. Защищенные подземным расположением, клубни позволяли раннему картофелю успешно адаптироваться и выживать в неблагоприятных горных условиях.
Клубни обеспечивают картофелю возможность размножения, минуя процессы, связанные с семенами и опылением. Новые экземпляры вырастают непосредственно из почек, расположенных на клубнях. Благодаря этому свойству, они смогли быстро распространиться и заселить различные среды обитания – от теплых равнин до высокогорных и прохладных альпийских лугов в Центральной и Южной Америке.
«Хуан отметил, что благодаря развитию клубня картофель приобрел значительное преимущество в неблагоприятных условиях, что послужило причиной появления новых сортов и богатого разнообразия, которое мы сейчас наблюдаем и ценим.
[Фото: Yuxin Jia and Pei Wang / Cell Press]