Один из самых любимых и ныне популярных овощей – культурный картофель – долгое время озадачивал ученых. Было непонятно, как развивались эволюционные взаимоотношения между ним и группой близкородственных видов, а главное, как он обзавелся клубнями, благодаря чему стал важнейшим продуктом питания современного человека. Ответ был найден: наша картошка – продукт природной межвидовой гибридизации, когда скрещиваются и производят потомство особи разных видов
Картофель, или паслен клубненосный (Solanum tuberosum), относится к семейству пасленовых (Solanaceae). Роду Solanum включает также ряд других популярных овощей: томаты, баклажаны, овощной перец.
В пределах этого крупного рода культурный картофель и 107 его близкородственных диких видов составляют монофилетическую (происходящую от общего предка) линию Petota. Две близкие ему линии – Etuberosum, объединяющая три вида дикого картофеля из Южной Америки, а также Tomato, включающая 17 культурных и диких видов томатов.
Внешне современные растения картофеля практически идентичны видам линии Etuberosum, однако между ними имеется громадное различие: последние не образуют клубней – специализированных органов, которые запасают воду и углеводы и служат важными органами питания и размножения.
Имеющиеся на сегодня генетические данные говорят о родстве между Petota, Etuberosum и Tomato, но стройной картины их происхождения ученые до недавних пор не могли построить. Это удалось международной исследовательской группе на основе анализа 101 генома Petota, 15 геномов Tomato, 9 геномов Etuberosum и 19 геномов других представителей семейства пасленовых.
Оказалось, что линия Petota появилась в результате гибридизации между Etuberosum и Tomato. Две эти линии имели общего предка примерно 13–14 млн лет, после чего разошлись, но и спустя 5 млн лет они все еще могли скрещиваться между собой. Представители этих линий вновь «сошлись» примерно 8–9 млн лет назад, дав начало ранним растениям Petota, имеющим клубни.
По оценкам ученых, доля предков Euberosum во всех проанализированных видах Petota составила около 60%, а Tomato – 40%.
Проследив происхождение ключевых генов клубнеобразования картофеля,
исследователи выяснили, что они представляют собой комбинацию
генетического материала от каждого предкового вида. Ген SP6A, регулятор начала клубнеобразования, достался картофелю от Tomato, а ген, IT1, помогающий контролировать рост подземных побегов, – от Etuberosum. Без любого из этих генов растение не сможет производить клубни.
Гибридное видообразование является важной эволюционной силой. Новые
генетические комбинации, способствующие адаптации к окружающей среде,
могут в дальнейшем привести к ускоренному появлению множества новых
видов.
Появление Petota произошло в период горообразования в Андах, в результате чего там складывались новые, более суровые для растений экологические условия. Благодаря клубню, запасающему питательные вещества под землей, первые виды картофеля смогли к ним адаптироваться.
Дополнительным преимуществом стала возможность бесполого вегетативного размножения: растения Petota могли вырастать из почек (глазков), расположенных непосредственно на клубне. Вероятно, это также способствовало выживанию первого гибридного потомства, в том числе с низкой плодовитостью. А далее случилось взрывное увеличение видового разнообразия Petota, благодаря чему этим видам удалось занять широкий спектр экологических ниш.
Фото: https://www.heute.at, https://www.flickr.com
Публикации по теме:
Природа была первым генным инженером
Легко ли Быть Создателем? Реалии трансгенеза растений
Геномное редактирование как машина времени, или Доместикация за пару лет