Скромный современный картофель, впервые одомашненный около 10 000 лет назад, появился в Андах, прежде чем стать ключевой сельскохозяйственной культурой, от которой зависит жизнь всего мира. Но поскольку растения плохо сохраняются в палеонтологической летописи, его происхождение во многом остаётся загадкой, сообщает CNN.
Группа биологов-эволюционистов и геномистов проследила происхождение этого крахмалистого продукта питания до случайной встречи миллионы лет назад с необычным родственником растения: томатом.
Ученые проанализировали 450 геномов культурных и диких видов картофеля, и гены показали, что древний предок дикого томата естественным образом скрещивался с похожим на картофель растением Etuberosum 9 миллионов лет назад. Выяснилось также, что оба растения изначально отделились от общего предка около 14 миллионов лет назад, говорится в исследовании, опубликованном в журнале Cell.
Хотя ни томаты, ни Etuberosums не обладали способностью к образованию клубней – увеличенной съедобной части окультуренных растений, таких как картофель, ямс и таро, растущей под землей, – полученный гибрид обладал такой способностью. Клубни появились как инновационный способ хранения питательных веществ под землей для картофеля в условиях похолодания климата и окружающей среды в Андах, и после культивирования стали основным продуктом питания человека. В настоящее время существует более 100 видов дикого картофеля, которые также образуют клубни, хотя не все они съедобны, поскольку некоторые из них содержат токсины.
«Эволюция клубня дала картофелю огромное преимущество в суровых условиях, что привело к появлению множества новых видов и способствовало богатому разнообразию картофеля, которое мы видим и используем сегодня», – заявил ведущий автор исследования Саньвэнь Хуан, президент Китайской академии тропических сельскохозяйственных наук и профессор Института сельскохозяйственной геномики в Шэньчжэне Китайской академии сельскохозяйственных наук. «Мы наконец разгадали тайну происхождения картофеля».
Учёные также расшифровали, какие гены каждого растения изначально способствовали образованию клубней. Понимание того, как возник и эволюционировал картофель, в конечном итоге может помочь учёным вывести более устойчивый к болезням и меняющимся климатическим условиям картофель.
Картофель, томаты и Etuberosum принадлежат к роду Solanum, который включает около 1500 видов и является крупнейшим родом цветковых растений семейства пасленовых. На первый взгляд, растения картофеля и Etuberosum выглядят практически идентично, что изначально навело учёных на мысль, что эти растения – родственные, произошедшие от общего предка, рассказал соавтор исследования Цзяньцюань Лю, профессор кафедры экологии Ланьчжоуского университета в Ганьсу, Китай.
Семейство Etuberosums включает всего три вида, и хотя эти растения имеют цветки и листья, похожие на таковые у картофеля, клубней они не образуют.
«Этуберозумы – это нечто особенное», – рассказала CNN доктор Сэнди Кнапп, соавтор исследования и ботаник из Музея естественной истории в Лондоне. «Это то, что вы, вероятно, никогда не увидите, если не отправитесь на острова Хуан-Фернандес, острова Робинзона Крузо в центре Тихого океана или не окажетесь в храмовом тропическом лесу Чили».
Однако при изучении родословной картофеля, томатов и Etuberosums была обнаружена неожиданная особенность, которая, по-видимому, указывает на то, что картофель более тесно связан с томатами на генетическом уровне, сказал Кнапп.
По словам Лю, для определения взаимосвязей между различными растениями группа использовала филогенетический анализ – процесс, аналогичный определению у людей отношений родитель-дочь или сестра-сестра на генетическом уровне.
Анализ выявил противоречие: картофель может быть родственным виду Etuberosums или томатам, в зависимости от различных генетических маркеров, сказал Лю.
Общий предок томатов и Etuberosum, живший 14 миллионов лет назад, а также растения, которые от него произошли, больше не существуют и «затеряны в глубинах геологического времени», сказал Кнапп. Вместо этого исследователи искали генетические маркеры в растениях, чтобы определить их происхождение.
«Мы используем сигнал, пришедший из прошлого и все еще присутствующий в растениях, которые у нас есть сегодня, чтобы попытаться реконструировать прошлое», – сказал Кнапп.
Чтобы отследить этот сигнал во времени, исследователи составили генетическую базу данных по картофелю, в том числе изучив музейные образцы и даже извлекя данные из редких диких сортов картофеля, которые трудно найти, некоторые из которых встречаются только в одной долине в Андах, сказал Кнапп.
«У дикого картофеля очень сложно отбирать образцы, поэтому этот набор данных представляет собой наиболее полную коллекцию геномных данных дикого картофеля, когда-либо проанализированную», – заявил соавтор исследования Чжиян Чжан, научный сотрудник Института сельскохозяйственной геномики в Шэньчжэне при Китайской академии сельскохозяйственных наук.
Исследование показало, что первый картофель и все последующие его виды включали комбинацию генетического материала, полученного от Etuberosums и томатов.
Лю сказал, что климатические или геологические изменения, вероятно, стали причиной сосуществования древнего Etuberosum и предка томата в одном месте.
Учитывая, что оба вида опыляются пчёлами, вероятнее всего, пчела перенесла пыльцу между двумя растениями, что и привело к появлению картофеля, считает Эми Чарковски, научный сотрудник Колледжа сельскохозяйственных наук Университета штата Колорадо. Чарковски не принимала участия в новом исследовании.
По словам Лю, томатная сторона обеспечила «главный переключатель» – ген SP6A, который дал картофелю команду начать формировать клубни, в то время как ген IT1 со стороны Etuberosum контролировал рост подземных стеблей, формирующих крахмалистые клубни. По словам исследователей, если бы какой-либо из этих генов отсутствовал или не работал согласованно, картофель никогда бы не сформировал клубни.
«Одно из явлений, происходящих при гибридизации, – это смешивание генов», – сказал Кнапп. «Это как снова перетасовать колоду карт, и разные карты выпадут в разных сочетаниях. К счастью, в данном конкретном случае гибридизации сошлись два типа генов, что и привело к способности к клубнеобразованию, и это случайность».
По словам Кнаппа, эволюция клубневого картофеля совпала с периодом быстрого подъёма Анд из-за взаимодействия тектонических плит, что привело к образованию огромного хребта на западном побережье Южной Америки. Анды – это сложная горная система с многочисленными долинами и разнообразными экосистемами.
Современные томаты предпочитают сухой и жаркий климат, в то время как Etuberosums предпочитает умеренный климат. Но предок картофеля эволюционировал, чтобы процветать в сухих, холодных и высокогорных условиях, которые возникли в Андах, и клубни обеспечили ему выживание, сказал Кнапп. Картофель мог размножаться без семян и опыления. Рост новых клубней приводил к появлению новых растений, которые могли процветать в самых разных условиях.
Согласно исследованию, выращиваемый нами сегодня картофель является третьей по значимости основной сельскохозяйственной культурой в мире и наряду с пшеницей, рисом и кукурузой обеспечивает 80% потребляемых человеком калорий.
Понимание истории происхождения картофеля может стать ключом к выведению большего количества инноваций в будущем при выращивании картофеля; повторное введение ключевых генов томата может привести к созданию быстроразмножающегося картофеля, размножаемого семенами, и именно с этой целью экспериментируют Хуан и его команда в Китайской академии сельскохозяйственных наук.
По словам Кнаппа, современные сельскохозяйственные культуры подвергаются давлению со стороны изменений окружающей среды, климатического кризиса, а также новых вредителей и болезней.
По словам Кнаппа, семенной картофель представляет интерес, поскольку он может обладать большим генетическим разнообразием и устойчивостью к болезням и другим сельскохозяйственным рискам. Вегетативное размножение картофеля – разрезание картофеля на части и посадка их для получения урожая – приводит к получению генетически идентичного картофеля, который может быть уничтожен в случае появления новой болезни.
Москва, Елена Васильева
© 2025, РИА «Новый День»
