7月31日，中國農業科學院深圳農業基因組研究所黃三文團隊聯合國內外研究機構首次揭示了茄屬馬鈴薯組的雜交起源、薯塊形成和輻射分化，為馬鈴薯育種改良提供了全新的理論視角。相關研究成果發表在《細胞（Cell）》上。
馬鈴薯是最重要的薯類作物，原產于南美洲，因其營養價值高、適應能力強，而被傳播到世界各地。在分類學上，馬鈴薯組和番茄組、類馬鈴薯組屬于姊妹類群。在形態上，馬鈴薯和類馬鈴薯更加相似。一度認為類馬鈴薯是馬鈴薯的直接祖先。然而，分子進化學分析證明番茄和馬鈴薯的親緣關系更近一些。
馬鈴薯、番茄、類馬鈴薯這三者究竟是什么關系？馬鈴薯的“身世”也由此成了長期以來的一個未解之謎。
“為揭開這一謎底，我們對來自栽培馬鈴薯及其56個野生種的101份基因組和349份重測序數據進行了分析。其中大部分基因組數據已經存在，這項研究對數據進行了再利用。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，來自番茄與類馬鈴薯的遺傳貢獻比例約為4 : 6，由此推測馬鈴薯可能是兩者雜交誕生的‘混血兒’。”中國農業科學院深圳農業基因組研究所張智洋博士說。
為驗證這一猜想，研究人員進一步評估了三者的分化時間。研究發現，類馬鈴薯和番茄約在1400萬年前開始分化，在分化約500萬年后，類馬鈴薯和番茄發生雜交，并于約900萬年前形成了最早帶有薯塊的馬鈴薯植株。
自此，馬鈴薯的“身世之謎”終于水落石出。馬鈴薯是類馬鈴薯和番茄雜交產生的物種。按照質體基因組的親緣關系，番茄為母本，類馬鈴薯為父本。
然而，讓研究人員好奇的是為什么只有馬鈴薯能長出薯塊，而它的“父母”——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。那么，馬鈴薯特有的薯塊是如何進化出來的？
基于此，研究團隊進一步追溯了馬鈴薯關鍵薯塊形成基因的起源。研究發現，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。
薯塊不僅能夠儲存水分和淀粉，幫助馬鈴薯度過干旱、寒冷季節，給馬鈴薯帶來了地下生存優勢。薯塊和雙親的遺傳寶庫促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，進一步加速了馬鈴薯物種爆發式的輻射分化，并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。
“該研究豐富了進化學理論，也為馬鈴薯的育種改良提供了全新的思路。”中國科學院院士、中國農業科學院院長黃三文表示。
審稿人評價該工作首次發現馬鈴薯的同倍體雜交物種形成，并證明新器官薯塊的形成是由于不同親本等位基因的重新組合，為理解雜交在物種形成過程中的關鍵作用提供了新范式，并為后續馬鈴薯遺傳育種提供了全新的理論視角。
