中外科学家联合解密马铃薯“身世之谜”

北京时间7月31日，中国农业科学院深圳农业基因组研究所黄三文团队联合中外科研团队在《细胞》上发表了题为“Ancient hybridization underlies tuberization and radiation of the potato lineage”的研究论文。该研究首次揭示了马铃薯组的杂交起源、薯块形成和辐射分化，解开了马铃薯的“身世之谜”。具体内容如下：马铃薯是杂交产生的“混血儿”：研究团队系统分析了来自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，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，来自番茄与类马铃薯的遗传贡献比例约为4:6。据此推测马铃薯是两者杂交诞生的“混血儿”。明确马铃薯的起源时间与亲本：研究发现，类马铃薯和番茄约在1400万年前开始分化，在分化约500万年后，类马铃薯和番茄发生杂交，并于约900万年前形成了最早带有薯块的马铃薯植株。根据被子植物质体基因组来自母本的特性，确定番茄为母本，类马铃薯为父本。薯块形成是亲本等位基因重新组合的结果：研究发现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。其中，控制薯块形成的“主开关”基因SP6A来源于番茄组，调控地下茎（薯块形成部位）生长的关键基因IT1继承自类马铃薯组，另外两个薯块功能相关基因DRN和CLF也分别来源于番茄组和类马铃薯组，缺少任一基因，都会影响薯块的正常发育。杂交促进了马铃薯物种的辐射分化：研究发现现今马铃薯组内部物种仍约有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“马赛克式”模式。当马铃薯受到不同环境条件胁迫时，这种遗传组合能筛选出最佳基因组合，使得马铃薯能够适应多种生态环境，加速了马铃薯物种爆发式的辐射分化。该研究是“优薯计划”的又一重大突破，为马铃薯遗传育种提供了全新的理论视角，也为理解杂交在物种形成过程中的关键作用提供了新范式。