Как томат создал картофель

Что появилось раньше: картофель или томат? Новое генетическое исследование утверждает, что ответ заключается в том, что сочные и ароматные томаты появились на планете Земля первыми и в конечном итоге помогли крахмалистым клубням сделать то же самое.

Около 9 миллионов лет назад естественное скрещивание в дикой природе между томатами и картофелеподобным видом растений на территории современной Южной Америки привело к появлению того, что мы знаем как картофель. Это новое (и питательное) растение возникло в результате эволюционного события, которое спровоцировало формирование клубня — подземной структуры, которую такие растения, как картофель, ямс и таро, используют для хранения питательных веществ. Результаты исследования подробно описаны в статье, опубликованной 31 июля в журнале Cell.

«Наши выводы показывают, как событие гибридизации между видами может дать толчок эволюции новых признаков, позволяя появляться еще большему количеству видов», — заявил соавтор исследования и сельскохозяйственный геномик из Китайской академии сельскохозяйственных наук Санвэнь Хуан. — «Мы наконец разгадали тайну происхождения картофеля».

Загадочное растение

Картофель — одна из важнейших сельскохозяйственных культур человечества. Картофель обеспечивает основные питательные вещества, включая углеводы, пищевые волокна (содержащиеся в кожуре), а также витамины и минералы, такие как калий, магний и железо. Он также считается Организацией Объединенных Наций климатически благоприятной культурой из-за низкого уровня выбросов парниковых газов по сравнению с другими культурами. Картофель может расти в районах, где природные ресурсы ограничены и дороги. Он универсален и может расти в самых разных условиях, что делает его хорошим выбором для многих регионов.

Несмотря на то, что это основной продукт питания, происхождение этого крахмалистого овоща озадачивало ученых. Современные растения картофеля физически выглядят почти идентично трем картофелеподобным видам из Чили, называемым Etuberosum. Однако у Etuberosum нет характерных клубней, которые позволяют картофелю хранить питательные вещества и легко размножаться. Отчасти именно поэтому Etuberosum считаются «картофелеподобными», а не полноценным картофелем. Филогенетический анализ также показывает, что растения картофеля на самом деле более тесно связаны с томатами, чем с Etuberosum.

Чтобы рассмотреть это подробнее, исследовательская группа из новой работы изучила 450 геномов культурного картофеля, распространенного на фермах, и 56 видов дикого картофеля.

«Дикий картофель очень трудно собрать для анализа, поэтому этот набор данных представляет собой самую полную коллекцию геномных данных дикого картофеля, когда-либо проанализированную», — добавил Чжиян Чжан, соавтор исследования и биолог из Института сельскохозяйственной геномики в Шэньчжэне, входящего в состав Китайской академии сельскохозяйственных наук.

Каждый вид картофеля содержал смесь генетического материала как от Etuberosum, так и от томатов. По мнению команды, это говорит о том, что современный картофель произошел в результате события гибридизации — когда особи двух разных видов успешно размножаются — между этими растениями миллионы лет назад. Хотя Etuberosum и томаты являются разными видами, они имеют общего предка, который жил около 14 миллионов лет назад. Даже после расхождения в течение примерно 5 миллионов лет оба вида могли скрещиваться. Именно это скрещивание привело к появлению самых ранних растений картофеля с клубнями примерно 9 миллионов лет назад.

Модель выживания

Исследователи также проследили происхождение ключевых генов, отвечающих за формирование клубней у картофеля. Ген, который сообщает растению, когда начинать формировать клубни (называемый SP6A), пришел со стороны томатов, а не от картофелеподобных растений. Другой важный ген, который помогает контролировать рост подземных стеблей, образующих клубни (называемый IT1), пришел со стороны Etuberosum. Без любого из этих генетических фрагментов гибридное потомство не смогло бы производить клубни.

Кроме того, это эволюционное новшество совпало с быстрым поднятием Анд. В результате всех этих тектонических сдвигов возникали новые экологические среды. Ранний картофель смог адаптироваться с помощью клубня, который хранит питательные вещества под землей — это очень полезная черта для выживания в суровых горных погодных условиях. Клубни также позволяют растениям картофеля размножаться без опыления или семян. Почки прорастают прямо из клубня, образуя новые растения, поэтому этот признак помог картофелю быстро распространиться. В конечном итоге он занял разнообразные экологические ниши: от мягких низменных лугов до высокогорных холодных лугов в Центральной и Южной Америке.

«Эволюция клубня дала картофелю огромное преимущество в суровых условиях, что подстегнуло взрывной рост новых видов и способствовало богатому разнообразию картофеля, который мы видим сегодня и на который полагаемся», — сказал Хуан.