Истоки картофеля: неожиданное родство с томатом раскрыто учёными

Картофель является одной из самых распространённых и востребованных сельскохозяйственных культур во всем мире. С момента его одомашнивания в Южной Америке он стал основой питания для миллиардов людей, занял прочное место в кухнях множества стран и сыграл важную роль в истории человечества. Несмотря на это, происхождение современной картошки до недавнего времени оставалось окутанным тайной. Однако новая масштабная генетическая работа, опубликованная в авторитетном научном журнале Cell, проливает свет на интригующее событие, которое сформировало нашу современную культуру – древнюю гибридизацию картофеля и томата. Ранее считалось, что эти два растения, принадлежащие к одному семейству пасленовых, эволюционировали на отдельных эволюционных траекториях.

Учёные полагали, что современные картофельные клубни возникли исключительно из диких видов рода Solanum. Новое исследование с участием международной команды генетиков и биологов предлагает иной взгляд. Анализируя более 450 геномов культурных видов картофеля и 56 различных диких видов, исследователи обнаружили, что генетический фонд современных картофелин формировался в результате древнего скрещивания между представителями рода Etuberosum и томатами. Etuberosum – это группа из трёх видов, происходящих из Чили, которые по внешнему виду напоминают современные картофельные растения, но не имеют съедобных клубней. Учёные выяснили, что 60% генома современных картофелей наследуется от этих видов, а оставшиеся 40% – от томатов, что является полной неожиданностью.

Подобная древняя гибридизация кардинально меняет наше понимание эволюции растений. Обычно считают, что изменения в генетике происходят постепенно под влиянием случайных мутаций. Новое исследование демонстрирует, что гибридизация может оказаться одним из основных механизмов появления новых видов. Процесс становления картофеля как отдельного вида, результатом которого стали вкусные и питательные клубни, мог начаться десятки миллионов лет назад благодаря слиянию геномов столь различных растений. Ученые установили, что общие предки томатов и Etuberosum начали расходиться примерно 14 миллионов лет назад, а завершение этого процесса произошло около 9 миллионов лет назад.

Именно в этот период произошло интегрирование генов томатов в предков картофеля. Найденные признаки древней гибридизации в 40% ДНК картофеля говорят о прочной и длительной связи этих видов. Такие открытия имеют и практическое значение. Благодаря знаниям о генетическом строении картофеля можно создавать новые сорта с улучшенной устойчивостью к болезням, стрессу и неблагоприятным климатическим условиям, опираясь на генные ресурсы томата. В современной агрономии гибридизация активно используется для селекции и выведения высокоурожайных и полезных для здоровья растений, а понимание природных процессов помогает успешно адаптировать эти методы.

Ботаники и эволюционные биологи получили важный инструмент для исследования процессов видообразования и формирования генетического разнообразия у культурных растений. Картофель и томат относятся к семейству пасленовых, но долгие годы их рассматривали как далеко родственные виды, причем генетические барьеры считали достаточно сильными для предотвращения естественного скрещивания. Однако нынешние данные показывают, что пересечение генов происходило глубоко в истории, и этот процесс имел существенное значение для формирования признаков растений до того, как они стали одомашненными. Научное сообщество положительно оценивает значение работы команды Zhiyang Zhang из Agricultural Genomics Institute в Шэньчжэне и ее международных коллег. Эта работа активно пересматривает классические модели эволюции и расширяет представления о механизмах, которые лежат в основе биологического разнообразия.