中國科學家驚人發現:土豆的媽媽是番茄

2025-07-31 | 來源: 中國科學報 | 轉到微信 | 有0人參與評論 | 字體: 放大縮小 | 收藏 | 打印

當你給薯條蘸上番茄醬時，可能不會想到，它倆的親緣關系其實相當親密。

7月31日，《細胞》在線發表了中國農業科學院深圳農業基因組研究所（嶺南現代農業科學與技術廣東省實驗室深圳分中心，以下簡稱基因組所）研究員黃三文團隊聯合中外科學家完成的成果。他們發現，大約900萬年前，馬鈴薯從番茄的祖先進化而來。該研究系統揭示了茄屬馬鈴薯組的雜交起源、薯塊形成和輻射分化。

論文審稿人認為，這是古老種間雜交事件導致物種多樣性快速形成的重要實例。對於全球第三大主糧作物馬鈴薯來說，這是一項激動人心的研究，展示了薯塊如何由兩個親本譜系的等位基因組合形成，是雜交物種形成領域的新穎成果。

“這項研究是開創性的。”美國哈佛大學進化生物學教授James Mallet說，“它展示了雜交事件如何引發新器官的出現，甚至導致新物種的出現。”

親緣關系撲朔迷離的茄屬類群

實際上，馬鈴薯的果實和市場上備受歡迎的櫻桃番茄長得很像。分類學家把茄科茄屬中這兩類植物分別劃分到馬鈴薯組和番茄組。

茄屬中還有一類植物的地上部分整體都像馬鈴薯，也能產生地下莖，但不會結出薯塊，它們被劃分到類馬鈴薯組。

“從形態學上看，類馬鈴薯組一度被認為是馬鈴薯的直接祖先，是‘不結薯的馬鈴薯’。”論文通訊作者黃三文告訴《中國科學報》，而分子系統發育學研究卻發現，番茄組與馬鈴薯組的遺傳距離更近。於是，三者的親緣關系成了一個未解之謎。

2015年啟動的“優薯計劃”打算用二倍體育種替代四倍體育種，並用雜交種子替代傳統的薯塊繁殖，從而實現馬鈴薯產業的顛覆性創新。盡管黃三文團隊已經培育出第一個二倍體概念品種“優薯1號”，但要實現“優薯計劃”，必須解決雜交馬鈴薯的抗性問題。

“野生馬鈴薯是一個巨大的資源寶庫，但人們對此研究不多。特別是馬鈴薯的起源問題，尚未解決。”論文第一作者、基因組所已畢業博士生張智洋在接受《中國科學報》采訪時說，薯塊作為無性繁殖和營養儲存的核心器官，其形成機制是一個進化謎題。“在馬鈴薯物種的形成過程中，薯塊是怎麼來的？大家一直不清楚。”

而且，類馬鈴薯組只有3個種，都是生活在南美洲的野生物種。馬鈴薯組包含栽培馬鈴薯和107個野生種，番茄組包含栽培番茄和16個野生種。為何馬鈴薯組的物種數量明顯比另外兩個類群多、多樣性更豐富？這些問題也令人費解。

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2022年前，張智洋的主要研究對象是番茄，參與了番茄圖泛基因組研究工作。至於為何轉做馬鈴薯研究，他說“有一點偶然”。

那一年，他們團隊在《自然》發表論文，首次解析了二倍體野生馬鈴薯的泛基因組，研究了野生和栽培馬鈴薯的基因組進化和多樣性，找到了馬鈴薯結薯的關鍵基因IT1。

“馬鈴薯的IT1基因怎麼和類馬鈴薯那麼像呢？”這個問題在張智洋心裡揮之不去。

一次組會上，張智洋例行匯報研究進展，他“偶然”提及了該異常現象。“會後，黃老師叫住了我，認為這可能是馬鈴薯雜交起源的證據，是一個必須深入研究的問題。”

“想要找到證據不那麼容易，信號不明顯。”黃三文說，他們決定“放大”——對栽培馬鈴薯及野生種的101份基因組和349份重測序數據進行分析，相當於給所有馬鈴薯個體做“DNA親子鑒定”。

番茄是媽，類馬鈴薯是爸

物種的形成機制是生物學領域最吸引人的問題之一，也是最大的難題之一，達爾文稱其為“謎中之謎”。

除了變異積累，雜交也被視為物種形成的一種重要機制。雜種物種形成是指兩個親本物種通過雜交方式融合，進而快速形成新物種的過程。不同於變異積累，雜交通過融合不同親本的遺傳信息，快速產生大量遺傳組合，從而促進生態物種形成和適應性輻射進化。

越來越多的證據表明，雜交對於生物進化和物種大爆發的作用可能被低估了。

近年來，國內外研究人員發現這一現象廣泛存在於植物、昆蟲、魚類及鳥類中。2003年至今，《科學》《自然》等雜志分別報道了10余例雜交起源的物種，包括金絲猴、黑熊、海豹、蝴蝶、核桃、板栗等。

值得一提的是，2016年，《自然》發表了一項對非洲維多利亞湖慈鯛的研究成果。基因組研究表明，湖中大約500種令人眼花繚亂的慈鯛在短短1.5萬年間，通過不斷雜交實現了快速進化。