Исследователи говорят, что им наконец-то удалось раскрыть загадочное происхождение одного из наших любимых углеводов — простого картофеля.
Случайное скрещивание диких томатов и видов, похожих на картофель, 8–9 миллионов лет назад, возможно, привело к появлению одного из наших любимых углеводов: картофеля.
Известный нам сегодня культурный картофель ( Solanum tuberosum ) наряду со 107 видами дикого картофеля принадлежит к роду Petota. Новые исследования показывают, что этот род, или группа близкородственных видов, возник в результате скрещивания предков двух других родов: томата, включающего 17 современных видов, включая салатный Solanum lycopersicum , и Etuberosum, три современных вида которого произрастают в Южной Америке.
«С эволюционной точки зрения у нас было неразрешенное [разногласие] в отношениях между линиями Tomato, Petota и Etuberosum», — рассказала в электронном письме Live Science Сандра Кнапп , ботаник-исследователь из Музея естественной истории в Лондоне и соавтор нового исследования.
По словам Кнаппа, важность скрещивания в данном случае заключается в том, что оно создало новые комбинации генов в линии Petota, что привело к появлению клубней — вздутых подземных органов, запасающих воду и питательные вещества, которые употребляются в пищу человеком. У предков современных растений Tomato и Etuberosum клубней не было, и эти структуры не появлялись ни в одной из линий с тех пор, как они скрещивались, создавая гибрид.
«Наши результаты показывают, как гибридизация между видами может дать толчок развитию новых признаков, что позволяет появиться ещё большему количеству видов», — заявил соавтор исследования Саньвэнь Хуан , профессор сельскохозяйственной геномики Китайской академии сельскохозяйственных наук. «Мы наконец разгадали тайну происхождения картофеля».
Исследователи проанализировали геномы 128 растений рода Petota, Tomato и Etuberosum, чтобы установить эволюционные связи между этими группами. Они использовали передовые геномные инструменты, которые ранее были недоступны, что объясняет, почему учёные не получали подобных результатов ранее, сказал Кнапп. Результаты исследования были опубликованы в четверг (31 июля) в журнале Cell .
Анализ выявил «мозаичные» генетические паттерны у Petota, представляющие собой равномерную смесь ДНК, унаследованной как от Tomato, так и от Etuberosum, что позволяет датировать происхождение картофеля скрещиванием между двумя линиями, произошедшим 8–9 миллионов лет назад, пишут исследователи в своем исследовании.
Древняя гибридизация между Etuberosum и Tomato возможна, поскольку эти линии имели общего предка, жившего 13–14 миллионов лет назад, согласно исследованию. Несмотря на независимую эволюцию после исчезновения этого общего предка, растения Etuberosum и Tomato могли иметь достаточно общих генетических черт для скрещивания 5 миллионов лет спустя.
(Изображение предоставлено: Johner Images/Getty Images)
Растения картофеля, полученные в результате этого скрещивания, дали клубни, которые исследователи связали с несколькими генами. В частности, команда идентифицировала ген SP6A, происходящий от линии томата, но эволюционировавший в картофеле, чтобы давать инструкции по формированию клубней. Исследователи также отметили ген IT1, участвующий в формировании клубней, однако этот ген, согласно исследованию, принадлежит Etuberosum.
Исследователи предполагают, что клубни помогли растениям картофеля освоить новые почвы в период быстрого подъёма Анд . Скрещивание «привело к перегруппировке генов, в результате чего новая линия дала клубни, что позволило этим растениям распространиться в новые холодные и сухие места обитания в поднимающихся Андах», — сказал Кнапп. Способность растений картофеля накапливать питательные вещества и воду, вероятно, помогла им выживать в более суровых условиях, чем растениям рода Etuberosum и томата. Согласно исследованию, это не только способствовало географическому распространению картофеля, но и препятствовало скрещиванию с растениями рода Etuberosum и томата, что позволило Petota эволюционировать в совершенно новую линию. «Появление клубня дало картофелю огромное преимущество в суровых условиях, что привело к появлению множества новых видов и способствовало богатому разнообразию картофеля, которое мы видим и на которое полагаемся сегодня», — сказал Хуан.