Изненадващо откритие на учени разкри, че древен генетичен „брак“ преди около 9 милиона години е дал началото на третата по значение основна култура в света: картофите. А доматът, оказва се, е майката на картофите.

Проучването е извършено от изследователски екип от Института по селскостопанска геномика в Шънджън към Китайската академия по селскостопански науки и университета в Ланджоу, в сътрудничество с учени от Канада и Обединеното кралство. То показва, че картофът произхожда от древно хибридизационно събитие между доматено растение и картофеноподобен вид отпреди около 9 милиона години. Това кръстосване е довело до появата на нов орган – грудката.

Публикувани в последния брой на списание Cell, тези открития предоставят новаторска перспектива за генетичната селекция на картофи. Екипът е анализирал 450 генома на култивирани картофи и 56 на диви видове.

Като най-важната клубеноплодна култура в света, картофите произхождат от Южна Америка. Ценени заради високата си хранителна стойност и адаптивност, те днес се отглеждат в различни краища на света.

Хуанг Санвен, ръководител на изследването, обяснява, че произходът на картофа отдавна е озадачавал учените. На външен вид съвременните картофени растения силно наподобяват картофеноподобния вид Etuberosum, който обаче не образува грудки. Въпреки това филогенетичният анализ показва, че картофът е по-тясно свързан с домата.

За да разкрият тайната на произхода на картофите, учените анализирали 101 пълни генома и 349 ресеквенирани проби от култивирани картофи, както и 56 диви родствени вида – своеобразен ДНК тест за родителство на целия картофен род.

Резултатите показали, че всички изследвани картофи носят стабилен и балансиран генетичен принос както от Etuberosum, така и от домата. Това потвърдило хипотезата, че картофът е хибридно потомство на двата вида.

Екипът допълнително изчислил времето на дивергенция на трите вида. Според тях Etuberosum и доматът са се разделили като еволюционни линии преди около 14 милиона години, а около 5 милиона години по-късно са се хибридизирали, което е довело до появата на най-ранните картофени растения с грудки – преди около 9 милиона години.

„Доматът е служил като майчин родител на картофа, а Etuberosum – като бащин“, казва Хуанг.

Оставащият въпрос бил: защо само картофът образува грудки, след като родителите му нямат такива? Доматът няма нито подземни стъбла, нито грудки, а Etuberosum има подземни стъбла, но не и удебелени грудки.

Екипът на Хуанг предлага смело обяснение: грудката може да е продукт на геномно пренареждане – при кръстосването гените на двата вида се рекомбинират по начин, който случайно води до появата на нов орган – грудката.

Проследявайки ключовите гени, учените установили, че генът SP6A, който действа като „главен превключвател“, сигнализиращ на растението кога да образува грудки, идва от доматения родител. А генът IT1, който регулира растежа на подземните стъбла, произхожда от Etuberosum. Без който и да е от двата, картофът не би могъл да образува грудки.

Този древен генетичен съюз не само създал клубена, но и увеличил генетичното разнообразие в рода Solanum (картофените растения).

Учените открили, че различните сортове картофи показват „мозаичен“ модел на родителски генетичен принос. Тази мозаична структура позволява на картофите да се адаптират към различни екологични условия – от умерени пасища до алпийски ливади.

Грудката дава на растението еволюционно предимство: тя съхранява вода и нишесте, помага за оцеляване при суша и студ, и позволява безполово размножаване чрез пъпки.

„Еволюцията на грудката е дала огромно предимство на картофите в сурови условия, като е стимулирала експлозивна поява на нови видове и е допринесла за богатото разнообразие от сортове, на които разчитаме и днес“, заключава Хуанг.