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日期: 2025-07-31 | 来源: 中国科学报 | 有0人参与评论 | 字体: 小 中 大
这种高效产生新表型的“速率”可“媲美”作物现代育种常用的杂交实验。“杂交实验F2代总是呈现强大的性状分离，可以获得大量不一样的个体。而大自然悄然进行的种间杂交‘实验’相当于在无数Fn代中不断筛选。”黄三文说。
这些研究启发了他们的工作。张智洋表示：“野生马铃薯共有107个种，其样本采集极其困难，我们的工作获得了迄今最全面的野生马铃薯基因组数据集合。”
他们系统分析了来自101份马铃薯组、15份番茄组、9份类马铃薯组，以及19份其他茄科物种的高质量基因组数据。大部分基因组数据已经存在，而这项研究对数据进行了再利用。
“我们的研究发现，所有马铃薯个体都包含来自类马铃薯和番茄植株的稳定平衡的遗传贡献，且遗传贡献比例约为6：4。马铃薯可能是两者杂交诞生的‘混血儿’。”张智洋说，为验证这一猜想，他们进一步评估了三者的分化时间。
结果发现，类马铃薯和番茄约在1400万年前开始分化。大约900万年前，南美洲安第斯山脉快速隆起。偶然间，一种番茄祖先物种和类马铃薯祖先物种发生了杂交，而它们的后代就是最早带有薯块的马铃薯，能更好适应剧烈的环境变化。
论文共同第一作者、基因组所博士后张平贤告诉《中国科学报》，由于被子植物的特殊性，细胞器质体的基因组都来自母本。他们经过对比研究发现，马铃薯的杂交母本是番茄，而父本是类马铃薯。
黄三文说，就此，杂交物种马铃薯形成了：在生殖隔离层面，马铃薯野生种与番茄组、类马铃薯组亲本存在显着的杂交障碍；在基因组层面，马铃薯野生种通过等位基因重组筛选，产生了新器官薯块；在生态拓展层面，杂交物种呈现爆发式辐射分化，使马铃薯能快速适应环境变异。
新器官薯块展现超强优势
为什么马铃薯能长出薯块，而它的“爸妈”——番茄既无地下茎也无薯块，类马铃薯只有地下茎、无膨大薯块？马铃薯特有的薯块是如何进化而来的？
黄三文团队提出了一个大胆猜想：这可能是基因组重组的结果。番茄组和类马铃薯组这两个家族的祖先杂交后，它们的基因重新组合，意外地创造出了“薯块”这个独特的器官。
基于此，研究团队进一步追溯了马铃薯薯块形成关键基因的起源。张平贤介绍，新器官薯块的形成是亲本来源的等位基因重新组合和交互调控的结果。
比如，控制薯块形成的“主开关”基因SP6A来自番茄组；而调控地下茎分支的关键基因IT1则继承自类马铃薯。此外，研究团队还发现了两个薯块功能相关基因DRN和CLF，分别来自番茄组和类马铃薯组。“任一基因缺少，都会影响薯块的正常发育。”张平贤说。
“和此前发现的单一杂交物种只有新的性状出现不同，马铃薯祖先的‘联姻’不仅创造了新器官薯块，还丰富了马铃薯组内物种的遗传宝库。”论文共同通讯作者、兰州大学教授刘建全说。
现今马铃薯组内部物种仍有约24%的遗传组分随机固定了不同亲本的等位基因，呈现出亲本镶嵌的“马赛克”模式——不同个体携带不同亲本的遗传信息，就像一幅由不同颜色小瓷砖拼成的马赛克画一样，导致表型呈现不均一性。
当马铃薯受到不同环境条件胁迫时，这种“马赛克式”的遗传组合像“智能筛子”一样，从宝库中筛选出最佳基因组合，使马铃薯能够适应从温带草原到高寒高山草甸的多种生态环境。
同时，薯块的形成也给马铃薯带来了地下生存优势。张智洋说，薯块不仅能够储存水分和淀粉，帮助马铃薯度过干旱、寒冷季节，更赋予它无需种子或授粉即可繁殖的能力。
“薯块和双亲的遗传宝库使马铃薯在安第斯山脉快速隆升期的恶劣环境中获得巨大优势，进一步加速了马铃薯物种爆发式的辐射分化，并与亲本建立生殖隔离，表现出超强杂种优势和超级环境适应性。”黄三文说，这也解释了马铃薯组为什么比番茄组和类马铃薯组的物种数量更多、更丰富。
论文共同通讯作者、加拿大(专题)英属哥伦比亚大学教授Loren Rieseberg告诉《中国科学报》，这项研究是迄今关于古老杂交对植物多样化重要性的最激动人心且令人信服的报告。这篇论文将成为物种杂交起源领域的一座里程碑，不仅因为惊人的发现，还因为对功能细节的深入研究。
黄三文相信，这项工作将为后续杂交马铃薯遗传育种提供全新的理论视角。番茄可能不仅仅是马铃薯过去的一部分，还将成为马铃薯未来的一部分。- 新闻来源于其它媒体，内容不代表本站立场！
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