Дослідники, заглиблюючись у родові зв’язки картоплі, розкрили вражаючу історію її походження: сучасні картопляні рослини виникли внаслідок природного схрещування між родичами томатів та видом, схожим на дику картоплю, приблизно дев’ять мільйонів років тому. Це новаторське наукове відкриття, опубліковане в авторитетному журналі Cell, свідчить, що давня гібридизація започаткувала появу унікальної риси – формування підземних бульб. Ця здатність, разом із рекомбінованими генетичними варіаціями, дала поштовх до розмаїття видів та дозволила картоплі поширитися у різноманітних середовищах Анд. Бульби – це розширені підземні структури, які зберігають поживні речовини, такі як вода та вуглеводи, і зустрічаються у таких рослин, як картопля та ямс.
Сьогодні ця скромна бульба є третьою за значимістю основною продовольчою культурою у світі, забезпечуючи критично важливий запас калорій для мільярдів людей. Проте вчені довго були спантеличені походженням картоплі. Картопляні рослини майже ідентичні трьом чилійським видам, схожим на картоплю, що називаються etuberosum, проте лише картопля утворює бульби. Аналогічно, генетичний аналіз показує, що картопляні рослини тісніше пов’язані з томатами, які також не формують бульб. Таким чином, головним питанням було: як вид, настільки морфологічно та генетично схожий на безбульбові рослини, отримав здатність утворювати бульби?
Розкриття генетичної таємниці
Щоб розв’язати цю ботанічну суперечність, команда науковців проаналізувала вичерпний геномний набір даних з понад 450 культурних та 56 диких видів картоплі, зібраних по всій Південній Америці. Вони виявили, що кожен вид картоплі демонструє стабільне, збалансоване поєднання ДНК обох батьківських ліній, що вказує на гібридне походження. За допомогою демографічного моделювання дослідники з’ясували, що томати та *etuberosum* мали спільного предка близько 14 мільйонів років тому, а подія гібридизації сталася приблизно дев’ять мільйонів років тому.
Заглиблюючись у геноми, вчені визначили два гени, що є вирішальними для інновації бульбоутворення. Ген SP6A, що походить від томатного предка, виступає головним регулятором формування бульб. Тим часом IT1, життєво важливий ген, що контролює ріст підземних стебел, походить від виду etuberosum. Функціональні аналізи показали, що поєднання цих двох генетичних компонентів відіграло життєво важливу роль у бульбоутворенні, і втрата будь-якого з них робить нащадків неспроможними до вегетативного розмноження.
Анди та еволюційний стрибок
Ця еволюційна новаторська риса збіглася в часі зі стрімким підняттям Андських гір. Анди – це найдовша континентальна гірська система у світі, що простягається вздовж західного узбережжя Південної Америки. Їх підняття призвело до похолодання кліматичних умов, що потенційно ускладнило запилення та виробництво насіння. На щастя, початковий гібрид утворив бульби як новий орган. Маючи надійний запас поживних речовин під землею, цей “інноваційний бульбовий орган” ймовірно сприяв ранньому виживанню рослини в суворих кліматичних умовах, включно з тими нащадками, що мали низьку плодючість.
“Бульби могли зберігати поживні речовини для адаптації до холоду та забезпечувати безстатеве розмноження, щоб застрахувати ризики зниженої плодючості. Це дозволило початковому гібриду вижити та швидко розширити ареал”, – пояснив виданню New Atlas співавтор дослідження Іюань Дін.
Здатність розмножуватися безстатевим шляхом, без насіння чи запилення (тобто, вегетативне розмноження через бульби), дозволила рослинам стабілізувати корисні гібридні комбінації генів та закріпитися у різноманітних середовищах. Це ефективне розмноження також дало поштовх до подальшого стрімкого видового розмаїття картоплі, яка нині налічує 107 видів, що зустрічаються у широкому діапазоні середовищ.
Перспективи та подальші дослідження
Дослідження ще не завершене, і вчені визнають необхідність подальших доказів для з’ясування, як предок картоплі відновив здатність до нормального статевого розмноження (тобто, через насіння, що передбачає запилення та злиття гамет).
“Оскільки подія гібридизації відбулася вісім-дев’ять мільйонів років тому, а існуючі лінії петуній, томатів та etuberosum суттєво відрізнилися від своїх предкових станів, розв’язати ці питання залишається складним завданням”, – зауважив Іюань Дін. Він також додав: “Наш головний акцент – на практичних застосуваннях у селекції картоплі, зокрема, на розв’язанні проблеми шкідливих мутацій – суттєвого генетичного обмеження у традиційній селекції картоплі. Використовуючи томат як нову базу, ми можемо обійти це обмеження”.
Дослідження було опубліковане в науковому журналі Cell.
