约900万年前，南美洲的类番茄植物与马铃薯近缘种发生了一次野生异种杂交，由此诞生了全球最重要的农作物之一：马铃薯。科学家现已追溯其起源至此次罕见的自然杂交事件，该过程创造了块茎这种贮藏器官，使马铃薯得以在安第斯山脉严酷环境中存活并迅速传播。
在发表于《细胞》出版社旗下期刊Cell的一项研究中，研究人员提出，这一古老的进化事件触发了块茎的形成——块茎是马铃薯、山药和芋头等植物中储存养分的膨大地下结构。
"我们的研究结果表明，物种间的杂交事件如何能激发新性状的进化，从而催生更多物种，"论文通讯作者、中国农业科学院的黄三文表示，"我们终于解开了马铃薯起源之谜。"
作为世界上最重要的农作物之一，马铃薯的起源长期困扰着科学家。现代马铃薯植株在外观上与智利三种名为Etuberosum的类马铃薯植物几乎完全相同。但这些植物并不携带块茎。根据系统发育分析，马铃薯植株与番茄的亲缘关系更为密切。
为了解决这一矛盾，研究团队分析了450份栽培马铃薯和56份野生马铃薯物种的基因组。
"野生马铃薯样本极难获取，因此该数据集代表了迄今分析过的最全面的野生马铃薯基因组数据集合，"论文第一作者、中国农业科学院深圳农业基因组研究所的张志洋表示。
他们发现，每个马铃薯物种都含有来自Etuberosum和番茄植株的稳定、平衡的遗传物质混合，这表明马铃薯起源于两者之间的古老杂交。
尽管Etuberosum和番茄是不同的物种，但它们在大约1400万年前拥有共同祖先。即使经历了约500万年的分化，它们仍能杂交，并在约900万年前孕育出最早携带块茎的马铃薯植株。
该团队还追溯了马铃薯关键块茎形成基因的起源，这些基因是来自双亲遗传物质的组合。他们发现，起主开关作用、告知植株何时开始形成块茎的SP6A基因来自番茄谱系。另一个名为IT1的重要基因（负责控制形成块茎的地下茎生长）则来自Etuberosum谱系。缺少其中任何一部分，杂交后代都无法产生块茎。
这一进化创新恰逢安第斯山脉的快速隆起期，当时新的生态环境不断涌现。借助地下块茎储存养分的能力，早期马铃薯得以快速适应变化的环境，在山区严酷气候中存活。
块茎还使马铃薯植株无需种子或授粉即可繁殖。它们仅需从块茎的芽眼萌发就能长出新的植株。这一特性使其能在中美洲和南美洲迅速扩张，占据从温和草原到高寒高山草甸的多种生态位。
黄三文指出："进化出块茎使马铃薯在恶劣环境中获得巨大优势，推动了新物种的爆发式增长，并造就了我们今天所见且赖以生存的丰富马铃薯多样性。"