Что появилось раньше — картофель или томат? Новое генетическое исследование утверждает, что сочные ароматные томаты были первыми, кто появился на планете Земля, и в итоге помогли сделать то же самое крахмалистому картофелю.
Около 9 миллионов лет назад в дикой природе в результате естественного скрещивания между томатными растениями и растением, похожим на картофель, в современной Южной Америке появился тот картофель, который мы знаем. Это новое (и питательное) растение возникло в результате эволюционного события, которое спровоцировало формирование клубня — подземной структуры, используемой такими растениями, как картофель, ямс и таро, для хранения пищи. Результаты исследования опубликованы 31 июля в журнале Cell.
«Наши результаты показывают, как событие гибридизации между видами может вызвать эволюцию новых признаков, позволяя появиться ещё большему количеству видов», — говорится в заявлении Санвэнь Хуан, соавтора исследования и специалиста по сельскохозяйственной геномике в Китайской академии сельскохозяйственных наук. «Мы наконец-то разгадали тайну происхождения картофеля».
Загадочное растение
Картофель — одна из важнейших сельскохозяйственных культур человечества. Картофель содержит основные питательные вещества, включая углеводы, пищевые волокна (содержащиеся в кожуре), а также витамины и минералы, такие как калий, магний и железо. Организация Объединённых Наций считает картофель экологически благоприятной культурой из-за низкого уровня выбросов парниковых газов по сравнению с другими культурами. Картофель также может расти в районах, где некоторые природные ресурсы ограничены и дороги.
Несмотря на то что картофель является такой важной культурой, происхождение этого крахмалистого продукта озадачивало учёных. Современные картофельные растения внешне почти идентичны трём картофелеподобным видам из Чили — Etuberosums. Однако у Etuberosums нет характерных клубней, которые позволяют картофелю накапливать питательные вещества и легко размножаться. Поэтому Etuberosums считаются «картофелеподобными», а не полноценным картофелем.
Филогенетический анализ также показывает, что растения картофеля на самом деле более тесно связаны с томатами, чем с Etuberosums.
Чтобы разобраться в этом вопросе, исследовательская группа изучила 450 геномов культивируемых картофеля, распространённых на фермах, и 56 диких видов картофеля.
«Дикий картофель очень сложно собирать, поэтому этот набор данных представляет собой наиболее полную коллекцию геномных данных дикого картофеля, когда-либо проанализированную», — добавил Чжиян Чжан, соавтор исследования и биолог в Институте сельскохозяйственной геномики в Шэньчжэне, входящем в состав Китайской академии сельскохозяйственных наук.
Каждый вид картофеля содержит смесь генетического материала как от Etuberosum, так и от томатных растений. Это говорит о том, что современный картофель произошёл в результате события гибридизации — когда особи двух разных видов успешно размножаются — между этими растениями миллионы лет назад.
Хотя Etuberosums и томаты — это разные виды, у них есть общий предок, живший около 14 миллионов лет назад. Даже после того, как они разошлись около 5 миллионов лет назад, оба могли скрещиваться. Именно это скрещивание и привело к появлению первых растений картофеля с клубнями примерно 9 миллионов лет назад.
Модель выживания
Исследователи также проследили происхождение ключевых генов, формирующих клубни у картофеля. Ген, который сообщает растению, когда начинать формировать клубни (называемый SP6A), пришёл со стороны томатного семейства, а не от картофелеподобных растений. Отдельный важный ген, который помогает контролировать рост подземных стеблей, образующих клубни (называемый IT1), пришёл со стороны Etuberosum. Без любого из этих генетических компонентов гибридное потомство не смогло бы производить клубни.
Кроме того, эта эволюционная инновация совпала с быстрым поднятием Анд. В результате всех этих потрясений возникали новые экологические среды. Ранний картофель смог адаптироваться, сформировав клубень, который хранит питательные вещества под землёй — очень полезное свойство для выживания в суровых горных погодных условиях.
Клубни также позволяют картофельным растениям размножаться без опыления или семян. Из клубней вырастают почки, которые дают жизнь новым растениям, поэтому эта особенность способствовала быстрому распространению картофеля. В итоге он занял разнообразные экологические ниши — от мягких низменных лугов до высокогорных лугов в Центральной и Южной Америке.
«Появление клубня дало картофелю огромное преимущество в суровых условиях, способствуя взрыву новых видов и способствуя богатому разнообразию картофеля, которое мы видим и на которое полагаемся сегодня», — сказал Хуан.