约900万年前，一场远古的“基因联姻”缔造了如今全球第三大主粮作物——马铃薯。这场“联姻”不仅创造了马铃薯这个新物种，还催生了新器官——薯块的产生，并引发了马铃薯物种爆发式的辐射分化。
中国农业科学院深圳农业基因组研究所黄三文团队联合中外科研团队在《细胞》上发表的研究论文首次揭示了马铃薯组的杂交起源、薯块形成和辐射分化。研究发现，马铃薯组起源于900万年前番茄组和类马铃薯组的一次古杂交事件，这次杂交产生了新器官（薯块）。该研究为马铃薯遗传育种提供了全新的理论视角。
马铃薯是最重要的薯类作物，原产于南美洲，因其营养价值高、适应能力强而被传播到世界各地，为全球13亿人提供主食。在分类学上，马铃薯组包含栽培马铃薯和107个野生种，与番茄组和类马铃薯组属于姊妹类群。形态上，马铃薯和类马铃薯更加相似，一度认为类马铃薯是马铃薯的直接祖先。然而，分子进化学分析证明番茄和马铃薯的亲缘关系更近一些。
为揭开马铃薯的身世之谜，研究团队系统分析了来自101份马铃薯组、15份番茄组、9份类马铃薯组以及19份其他茄科物种的高质量基因组数据。研究发现，所有马铃薯个体都包含来自类马铃薯和番茄植株的稳定平衡的遗传贡献，比例约为4:6。研究人员推测，马铃薯可能是两者杂交诞生的“混血儿”。进一步评估三者的分化时间后，研究发现类马铃薯和番茄约在1400万年前开始分化，在分化约500万年后发生杂交，形成了最早带有薯块的马铃薯植株。
马铃薯特有的薯块是如何进化出来的？黄三文团队提出这可能是基因组重组的结果。番茄和类马铃薯这两个家族的祖先杂交后，基因重新组合，意外地创造出了“薯块”这个独特的器官。研究发现，控制薯块形成的“主开关”基因SP6A来源于番茄组，而调控地下茎生长的关键基因IT1继承自类马铃薯。此外，研究团队还发现了两个薯块功能相关基因DRN和CLF，分别来源于番茄组和类马铃薯组，缺少任一基因都会影响薯块的正常发育。
“联姻”不仅创造了新器官薯块，还丰富了马铃薯组内物种的遗传宝库。现今马铃薯组内部物种仍约有24%的遗传组分随机固定了不同亲本的等位基因，呈现出亲本镶嵌的“马赛克式”模式。这种遗传组合使得马铃薯能够适应从温带草原到高寒高山草甸的多种生态环境。薯块不仅能够储存水分和淀粉，帮助马铃薯度过干旱、寒冷季节，还赋予了马铃薯无需种子或授粉即可繁殖的能力，通过薯块上的芽直接萌发新植株。
该研究首次揭示了马铃薯起源于番茄与类马铃薯祖先种之间的一次古老杂交事件，并导致新器官薯块的产生，加速了马铃薯物种爆发式的辐射分化。审稿人评价该工作首次发现马铃薯的同倍体杂交物种形成，并证明新器官薯块的形成是由于不同亲本等位基因的重新组合，为理解杂交在物种形成过程中的关键作用提供了新范式。
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