馬鈴薯的“媽媽”竟然是番茄古雜交事件揭秘

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2025-08-01 17:38:00 光明網(wǎng)

約900萬年前，一場(chǎng)遠(yuǎn)古的“基因聯(lián)姻”締造了如今全球第三大主糧作物——馬鈴薯。這場(chǎng)“聯(lián)姻”不僅創(chuàng)造了馬鈴薯這個(gè)新物種，還催生了新器官——薯塊的產(chǎn)生，并引發(fā)了馬鈴薯物種爆發(fā)式的輻射分化。

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所黃三文團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中外科研團(tuán)隊(duì)在《細(xì)胞》上發(fā)表的研究論文首次揭示了馬鈴薯組的雜交起源、薯塊形成和輻射分化。研究發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯組起源于900萬年前番茄組和類馬鈴薯組的一次古雜交事件，這次雜交產(chǎn)生了新器官（薯塊）。該研究為馬鈴薯遺傳育種提供了全新的理論視角。

馬鈴薯是最重要的薯類作物，原產(chǎn)于南美洲，因其營養(yǎng)價(jià)值高、適應(yīng)能力強(qiáng)而被傳播到世界各地，為全球13億人提供主食。在分類學(xué)上，馬鈴薯組包含栽培馬鈴薯和107個(gè)野生種，與番茄組和類馬鈴薯組屬于姊妹類群。形態(tài)上，馬鈴薯和類馬鈴薯更加相似，一度認(rèn)為類馬鈴薯是馬鈴薯的直接祖先。然而，分子進(jìn)化學(xué)分析證明番茄和馬鈴薯的親緣關(guān)系更近一些。

為揭開馬鈴薯的身世之謎，研究團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)分析了來自101份馬鈴薯組、15份番茄組、9份類馬鈴薯組以及19份其他茄科物種的高質(zhì)量基因組數(shù)據(jù)。研究發(fā)現(xiàn)，所有馬鈴薯個(gè)體都包含來自類馬鈴薯和番茄植株的穩(wěn)定平衡的遺傳貢獻(xiàn)，比例約為4:6。研究人員推測(cè)，馬鈴薯可能是兩者雜交誕生的“混血兒”。進(jìn)一步評(píng)估三者的分化時(shí)間后，研究發(fā)現(xiàn)類馬鈴薯和番茄約在1400萬年前開始分化，在分化約500萬年后發(fā)生雜交，形成了最早帶有薯塊的馬鈴薯植株。

馬鈴薯特有的薯塊是如何進(jìn)化出來的？黃三文團(tuán)隊(duì)提出這可能是基因組重組的結(jié)果。番茄和類馬鈴薯這兩個(gè)家族的祖先雜交后，基因重新組合，意外地創(chuàng)造出了“薯塊”這個(gè)獨(dú)特的器官。研究發(fā)現(xiàn)，控制薯塊形成的“主開關(guān)”基因SP6A來源于番茄組，而調(diào)控地下莖生長的關(guān)鍵基因IT1繼承自類馬鈴薯。此外，研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)薯塊功能相關(guān)基因DRN和CLF，分別來源于番茄組和類馬鈴薯組，缺少任一基因都會(huì)影響薯塊的正常發(fā)育。

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