编译:高杰

在餐桌上,马铃薯(俗称土豆)以其丰富的营养价值和多样的烹饪方式占据着举足轻重的地位。

但你知道吗?

这看似平凡的块茎作物背后

隐藏着一段跨越数百万年的演化传奇~

近日,一项发表在《细胞》杂志上的研究揭示了马铃薯演化的惊人秘密——一段远古的物种杂交事件,不仅赋予了马铃薯形成块茎的关键能力,更让它在植物界中占据了重要地位。

01马铃薯的“双重基因”

该研究由中国农业科学院深圳农业基因组研究所与加拿大不列颠哥伦比亚大学合作开展。科学家们通过对128个基因组(包括88个单倍型解析基因组)的深入分析,发现了一个颠覆性事实:所有马铃薯物种的基因组都显示出两个不同祖先的混合特征。这意味着现代马铃薯并非单一物种的后代,而是两个不同植物谱系杂交的产物。

研究团队发现,马铃薯基因组中约60%的遗传信息来自南美洲类马铃薯谱系Etuberosum,约40%来自番茄谱系,二者的自然杂交形成了今天我们所见的马铃薯。

通过计算基因突变速率,研究人员确定这次杂交事件发生在大约800万至900万年前。当时,安第斯山脉正在剧烈抬升,新形成的多样生态环境为杂交后代提供了生存机会。

02马铃薯为何能长出块茎?

块茎是马铃薯的标志性特征,也是其能够在各种环境中生存和繁衍的关键。研究团队发现,块茎的形成与杂交基因的“创新组合”密切相关。来自Etuberosum和番茄谱系的基因在杂交过程中发生了重组和变异,形成了控制块茎形成的关键基因网络。

研究团队通过功能实验,验证了来自番茄谱系的SP6A基因(调控块茎形成的启动信号)和来自Etuberosum谱系的IT1基因(控制地下茎的膨大过程)在块茎形成中的关键作用。

SP6A基因编码的蛋白质能够与IT1蛋白质形成复合物,共同调控块茎的形成。此外,研究团队还发现,DRN和CLF这两个基因在块茎形成中也发挥着重要作用。

03马铃薯为什么能“称霸全球”?

这次杂交不仅赋予了马铃薯形成块茎的能力,还推动了其物种的多样化辐射。随着杂交后代的不断分化和适应,马铃薯逐渐占据了各种生态位,形成了今天我们所见的107个野生物种和众多栽培品种。

杂交后马铃薯的物种形成速率约为每百万年约0.53个谱系,远高于Etuberosum(每百万年0.39个谱系)、番茄(每百万年0.44个谱系)和全球茄属的平均水平(每百万年0.38个谱系)。这一数据表明,杂交事件显著加速了马铃薯的物种形成过程。

研究团队通过提取气候变量数据,分析了马铃薯、番茄和Etuberosum谱系植物的生态位差异。他们发现,马铃薯物种占据了更广泛的气候条件,从草原到季节性干旱的热带森林,再到高山草甸。这种广泛的生态适应性得益于杂交带来的遗传多样性。

面对全球气候变化和人口增长的挑战,马铃薯的演化故事并未结束。科学家们正利用现代生物技术,进一步挖掘马铃薯的遗传潜力,培育出更加适应未来环境的品种。

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来源: 上海市科学技术协会