馬鈴薯（俗稱土豆），作為全球第三大主食作物，養(yǎng)活了數(shù)十億人口。但你知道嗎？它的起源竟是一場跨越 900 萬年的"基因愛情故事"。最近，一篇發(fā)表在 Cell 期刊上的研究揭開了馬鈴薯身世之謎：它并非純種演化而來，而是番茄和一種野生近緣植物雜交的產物。這場古代雜交不僅賦予了馬鈴薯塊莖形成的超能力，還觸發(fā)了它征服安第斯山脈的生態(tài)奇跡。
該研究由中國農業(yè)科學院深圳農業(yè)基因組研究所黃三文院士領銜，于 2025 年 7 月 31 日發(fā)表于 Cell 期刊，論文題為：Ancient hybridization underlies tuberization and radiation of the potato lineage。
該研究表明，馬鈴薯是古代雜交的"混血兒"，源自約 800-900 萬年前番茄和類馬鈴薯的祖先意外結合，表明種間雜交是馬鈴薯塊莖這一創(chuàng)新性狀的關鍵驅動因素。
該研究系統(tǒng)揭示了馬鈴薯物種的雜交起源、塊莖形成和輻射分化，為物種形成機制和馬鈴薯遺傳育種提供了新的理論視角。
馬鈴薯家族的"尋根之旅"
馬鈴薯屬于茄科植物，其野生近親多達 107 種，統(tǒng)稱為 Petota 譜系。它們都有一個標志性特征--地下塊莖（即我們吃的土豆）。但奇怪的是，它的兩個近親譜系卻大不相同：
番茄譜系（Tomato）：包括 17 種番茄，主要生長在低海拔溫暖地區(qū)，果實可食但無塊莖。
類馬鈴薯譜系（Etuberosum）：僅 3 種野生植物，分布于南美洲南部，雖有地下根莖，但不會膨大成塊莖。
科學家們長期困惑：馬鈴薯的塊莖是如何誕生的？通過分析 128 個基因組（包括 88 個單倍型解析基因組），研究團隊發(fā)現(xiàn)了一個驚人的秘密：馬鈴薯譜系是古代雜交的"混血兒"。約 800-900 萬年前，番茄和類馬鈴薯的祖先意外結合，誕生了馬鈴薯的始祖。這場雜交事件恰逢安第斯山脈劇烈抬升（600-1000萬年前），為后續(xù)演化鋪平了道路。
雜交的"基因魔法"：塊莖的誕生密碼
雜交不只是簡單混合基因，更像一場精密的"基因拼圖"。研究團隊通過功能實驗發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯塊莖的形成源于雙親基因的互補繼承：
來自番茄的"光信號基因"：例如 SP6A（類似開花基因），負責觸發(fā)地下匍匐莖的膨大。
來自類馬鈴薯的"調控基因"：例如 IT1（莖發(fā)育調控因子），確保塊莖在正確位置形成。
也就是說，番茄貢獻了"啟動開關"，類馬鈴薯提供了"定位導航"，兩者結合才讓馬鈴薯長出可儲存養(yǎng)分的塊莖。研究團隊使用 CRISPR 基因編輯技術進行基因驗證，結果顯示，當敲除 SP6A 基因時，塊莖無法膨大；而敲除 IT1 基因時，植株連地下莖都長不出來。
更妙的是，這種基因組合是"雜交專屬"。番茄的 SP6A 基因無法與類馬鈴薯的 IT1 互動，只有馬鈴薯繼承了兼容版本--仿佛是自然選擇為它定制的"生存工具包"。
塊莖：馬鈴薯征服世界的"秘密武器"
塊莖不僅是食物儲存庫，更是一場進化革命的開端。研究顯示，雜交后的馬鈴薯獲得了三大優(yōu)勢：
1、無性繁殖保險：塊莖讓它在高寒的安第斯山區(qū)（溫度低、生長季短）通過克隆繁殖存活，避免雜交后的生育力下降。
2、基因多樣性爆發(fā)：雜交引入的變異基因在后續(xù)演化中被"篩選重組"，催生了 107 個野生馬鈴薯物種?；蚪M分析揭示，約 40% 的基因在不同分支中表現(xiàn)出親本特異性分化，如同打開了進化"加速器"。
3、生態(tài)位擴張：相比番茄（適應溫暖干燥區(qū)）和類馬鈴薯（喜濕冷），馬鈴薯成功入侵了季節(jié)性干旱草原、高寒草甸等多樣環(huán)境。實驗證明，馬鈴薯的耐寒基因更接近類馬鈴薯，印證了雜交帶來的適應性升級。
科學啟示：雜交如何改寫進化規(guī)則
這項研究顛覆了傳統(tǒng)認知：
1、雜交是創(chuàng)新的引擎：過去認為雜交只是物種形成的"配角"，但馬鈴薯證明它能直接創(chuàng)造新性狀（例如塊莖），驅動輻射演化。
2、作物育種的啟示：理解塊莖基因的雜交起源，有助于設計抗寒、高產的馬鈴薯品種，未來或能通過模擬古代雜交培育"超級土豆"。
3、進化論的活教材：雜交并非偶然，在地質劇變中（例如安第斯造山），它成為生命突圍的"捷徑"。
從 800-900 萬年前的偶然邂逅，到今日全球餐桌的主角，馬鈴薯的崛起是一場基因、地質與機遇的交響曲。它的故事提醒我們：自然界的偉大創(chuàng)新，往往始于意外的融合。
中國農業(yè)科學院深圳農業(yè)基因組研究所黃三文院士、蘭州大學劉建全教授、加拿大英屬哥倫比亞大學 Loren Rieseberg 教授以及英國自然博物館 Sandra Knapp 研究員為該論文共同通訊作者。中國農業(yè)科學院深圳農業(yè)基因組研究所張智洋博士、張平賢博士后、華中農業(yè)大學在讀博士生丁亦苑、南京林業(yè)大學王則夫教授為該論文共同第一作者。該研究得到了國家自然科學基金、廣東省基礎與應用基礎研究重大項目、中國農業(yè)科學院科技創(chuàng)新工程等項目支持。
論文鏈接：
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00736-6
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