Картофель оказался вовсе не тем, кем его считали: правда всплыла спустя 9 миллионов лет

Исследователи раскрыли одно из самых загадочных событий в истории эволюции растений: как случайное скрещивание между дикими томатами и их родственниками девять миллионов лет назад привело к появлению картофеля — растения, без которого трудно представить современное сельское хозяйство и питание человека. Об этом сообщает издание LiveScience. com.

Миллионы лет до огорода

Учёные выяснили, что привычный нам картофель (Solanum tuberosum) — результат древней гибридизации, произошедшей между двумя линиями растений, жившими в Южной Америке. Современный картофель принадлежит к линии Petota, включающей более сотни диких видов. Новое исследование показывает, что эта группа возникла из скрещивания предков двух других линий — Tomato, куда входят 17 видов, включая известный салатный томат Solanum lycopersicum, и Etuberosum, представленной тремя видами.

"С эволюционной точки зрения, у нас было неразрешённое [разногласие] в отношениях между линиями Tomato, Petota и Etuberosum", — рассказала Сандра Кнапп, ботаник и исследователь из Музея естественной истории в Лондоне, соавтор работы.

По словам учёных, именно это древнее скрещивание породило новые комбинации генов, позволившие растениям сформировать подземные клубни — органы, способные накапливать воду и питательные вещества. Ни у предков томатов, ни у представителей Etuberosum подобных структур не существовало. Лишь после гибридизации появилась способность к образованию клубней, изменившая ход эволюции.

Генетическая мозаика и открытая тайна

Чтобы проследить происхождение картофеля, исследователи проанализировали геномы 128 растений из трёх линий — Petota, Tomato и Etuberosum. Современные инструменты секвенирования позволили рассмотреть их эволюционные связи с точностью, недостижимой ранее. Результаты исследования опубликованы в журнале Cell.

Учёные обнаружили, что генетический код Petota представляет собой мозаичный узор, состоящий из равных долей ДНК томатов и Etuberosum. На основе этого анализа команда пришла к выводу, что событие гибридизации произошло 8-9 миллионов лет назад. Эти линии, как отмечается в статье, имели общего предка, жившего примерно 13-14 миллионов лет назад, и даже после миллионов лет независимой эволюции сохранили способность к скрещиванию.

"Событие гибридизации между видами может вызвать эволюцию новых признаков, позволяя появиться ещё большему количеству видов", — отметил соавтор исследования Санвэнь Хуанг, профессор сельскохозяйственной геномики из Китайской академии сельскохозяйственных наук, — "Мы наконец-то разгадали тайну того, откуда взялся картофель".

Как рождались клубни

В процессе анализа команда выделила несколько ключевых генов, сыгравших роль в появлении клубней. Среди них особенно важен SP6A, доставшийся картофелю от линии томатов. В результате эволюции этот ген стал управлять тем, когда растение должно формировать клубни. Другой важный элемент — IT1, унаследованный от Etuberosum, — оказался ответственным за само образование этих подземных органов.

Именно взаимодействие этих генов обеспечило уникальное преимущество новой линии. Гибриды смогли переживать периоды засухи и холода, используя клубни как резервуары влаги и питательных веществ. Это качество оказалось решающим в эпоху, когда Анды поднимались и климат региона становился всё более суровым.

Преимущество в борьбе за выживание

Учёные полагают, что формирование клубней стало поворотным моментом в эволюции растений рода Solanum. Благодаря им новые виды смогли освоить холодные и сухие районы Анд, где другие растения не выживали. Гибридизация не только дала толчок адаптации, но и способствовала географическому расширению и изоляции популяций, что позволило Petota развиваться независимо от томатов и Etuberosum.

Согласно исследованию, эволюция клубней стала механизмом, обеспечившим картофелю выживание и быстрое распространение. Этот процесс создал условия для последующего взрыва разнообразия — сегодня существует более ста диких видов картофеля, не считая окультуренных форм, выращиваемых человеком по всему миру.

Гибрид, изменивший мир

Если взглянуть шире, история картофеля иллюстрирует универсальный биологический принцип: случайные события гибридизации могут приводить к радикальным изменениям в природе. В данном случае один древний генетический обмен стал основой для целого класса растений, который изменил мировое сельское хозяйство.

Ключевые открытия исследования:

1. Происхождение картофеля связано с гибридизацией линий Tomato и Etuberosum 8-9 млн лет назад.

2. Обнаружены ключевые гены — SP6A (от томата) и IT1 (от Etuberosum), определяющие образование клубней.

3. Гибрид получил преимущество в суровом климате, что позволило ему занять новые экологические ниши.

4. Эволюция клубней способствовала формированию богатого генетического разнообразия картофеля.

"Эволюция клубней дала картофелю огромное преимущество в суровых условиях, способствуя взрыву новых видов и богатому разнообразию, на которое мы полагаемся сегодня", — подчеркнул Санвэнь Хуанг.

По мнению исследователей, способность картофеля хранить питательные вещества и влагу позволила ему стать не только выносливым видом, но и ценным источником пищи для людей. В этом смысле древняя случайность, произошедшая миллионы лет назад, предопределила будущее человеческой цивилизации.