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日期: 2025-07-31 | 來源: 中國科學報 | 有0人參與評論 | 字體: 小 中 大
這種高效產生新表型的“速率”可“媲美”作物現代育種常用的雜交實驗。“雜交實驗F2代總是呈現強大的性狀分離，可以獲得大量不壹樣的個體。而大自然悄然進行的種間雜交‘實驗’相當於在無數Fn代中不斷篩選。”黃叁文說。
這些研究啟發了他們的工作。張智洋表示：“野生馬鈴薯共有107個種，其樣本采集極其困難，我們的工作獲得了迄今最全面的野生馬鈴薯基因組數據集合。”
他們系統分析了來自101份馬鈴薯組、15份番茄組、9份類馬鈴薯組，以及19份其他茄科物種的高質量基因組數據。大部分基因組數據已經存在，而這項研究對數據進行了再利用。
“我們的研究發現，所有馬鈴薯個體都包含來自類馬鈴薯和番茄植株的穩定平衡的遺傳貢獻，且遺傳貢獻比例約為6：4。馬鈴薯可能是兩者雜交誕生的‘混血兒’。”張智洋說，為驗證這壹猜想，他們進壹步評估了叁者的分化時間。
結果發現，類馬鈴薯和番茄約在1400萬年前開始分化。大約900萬年前，南美洲安第斯山脈快速隆起。偶然間，壹種番茄祖先物種和類馬鈴薯祖先物種發生了雜交，而它們的後代就是最早帶有薯塊的馬鈴薯，能更好適應劇烈的環境變化。
論文共同第壹作者、基因組所博士後張平賢告訴《中國科學報》，由於被子植物的特殊性，細胞器質體的基因組都來自母本。他們經過對比研究發現，馬鈴薯的雜交母本是番茄，而父本是類馬鈴薯。
黃叁文說，就此，雜交物種馬鈴薯形成了：在生殖隔離層面，馬鈴薯野生種與番茄組、類馬鈴薯組親本存在顯著的雜交障礙；在基因組層面，馬鈴薯野生種通過等位基因重組篩選，產生了新器官薯塊；在生態拓展層面，雜交物種呈現爆發式輻射分化，使馬鈴薯能快速適應環境變異。
新器官薯塊展現超強優勢
為什麼馬鈴薯能長出薯塊，而它的“爸媽”——番茄既無地下莖也無薯塊，類馬鈴薯只有地下莖、無膨大薯塊？馬鈴薯特有的薯塊是如何進化而來的？
黃叁文團隊提出了壹個大膽猜想：這可能是基因組重組的結果。番茄組和類馬鈴薯組這兩個家族的祖先雜交後，它們的基因重新組合，意外地創造出了“薯塊”這個獨特的器官。
基於此，研究團隊進壹步追溯了馬鈴薯薯塊形成關鍵基因的起源。張平賢介紹，新器官薯塊的形成是親本來源的等位基因重新組合和交互調控的結果。
比如，控制薯塊形成的“主開關”基因SP6A來自番茄組；而調控地下莖分支的關鍵基因IT1則繼承自類馬鈴薯。此外，研究團隊還發現了兩個薯塊功能相關基因DRN和CLF，分別來自番茄組和類馬鈴薯組。“任壹基因缺少，都會影響薯塊的正常發育。”張平賢說。
“和此前發現的單壹雜交物種只有新的性狀出現不同，馬鈴薯祖先的‘聯姻’不僅創造了新器官薯塊，還豐富了馬鈴薯組內物種的遺傳寶庫。”論文共同通訊作者、蘭州大學教授劉建全說。
現今馬鈴薯組內部物種仍有約24%的遺傳組分隨機固定了不同親本的等位基因，呈現出親本鑲嵌的“馬賽克”模式——不同個體攜帶不同親本的遺傳信息，就像壹幅由不同顏色小瓷磚拼成的馬賽克畫壹樣，導致表型呈現不均壹性。
當馬鈴薯受到不同環境條件脅迫時，這種“馬賽克式”的遺傳組合像“智能篩子”壹樣，從寶庫中篩選出最佳基因組合，使馬鈴薯能夠適應從溫帶草原到高寒高山草甸的多種生態環境。
同時，薯塊的形成也給馬鈴薯帶來了地下生存優勢。張智洋說，薯塊不僅能夠儲存水分和澱粉，幫助馬鈴薯度過幹旱、寒冷季節，更賦予它無需種子或授粉即可繁殖的能力。
“薯塊和雙親的遺傳寶庫使馬鈴薯在安第斯山脈快速隆升期的惡劣環境中獲得巨大優勢，進壹步加速了馬鈴薯物種爆發式的輻射分化，並與親本建立生殖隔離，表現出超強雜種優勢和超級環境適應性。”黃叁文說，這也解釋了馬鈴薯組為什麼比番茄組和類馬鈴薯組的物種數量更多、更豐富。
論文共同通訊作者、加拿大(专题)英屬哥倫比亞大學教授Loren Rieseberg告訴《中國科學報》，這項研究是迄今關於古老雜交對植物多樣化重要性的最激動人心且令人信服的報告。這篇論文將成為物種雜交起源領域的壹座裡程碑，不僅因為驚人的發現，還因為對功能細節的深入研究。
黃叁文相信，這項工作將為後續雜交馬鈴薯遺傳育種提供全新的理論視角。番茄可能不僅僅是馬鈴薯過去的壹部分，還將成為馬鈴薯未來的壹部分。- 新聞來源於其它媒體，內容不代表本站立場！
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