大约900万年前，南美洲番茄类植物与马铃薯近缘种之间的一次野生种间杂交，孕育出了世界上最重要的农作物之一——马铃薯。科学家现已追溯其起源至一次罕见的自然杂交事件，该杂交形成了块茎这种贮藏器官，使植物得以在严酷的安第斯环境中生存并迅速传播。
发表在细胞出版社期刊《细胞》上的一项研究中，研究人员提出这种古老的进化事件触发了块茎的形成——这种膨大的地下结构用于储存养分，存在于马铃薯、山药和芋头等植物中。
"我们的研究揭示了物种间杂交事件如何激发新性状的进化，从而催生更多物种，"论文通讯作者、中国农业科学院黄三文表示，"我们终于解开了马铃薯起源之谜。"
作为全球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近缘物种Etuberosum几乎完全相同，但这些植物并不形成块茎。系统发育分析显示，马铃薯与番茄的亲缘关系更为接近。
为解决这一矛盾，研究团队分析了450个栽培马铃薯和56个野生马铃薯物种的基因组。
"野生马铃薯样本极难获取，这个数据集代表了迄今为止分析过的最全面的野生马铃薯基因组数据，"论文第一作者、中国农业科学院深圳农业基因组研究所张智洋表示。
他们发现每个马铃薯物种都稳定均衡地混合了Etuberosum和番茄的遗传物质，表明马铃薯起源于这两个物种的远古杂交。
虽然Etuberosum和番茄是不同的物种，但它们约1400万年前拥有共同祖先。即便分化约500万年后，它们仍能杂交并在约900万年前产生了最早具有块茎的马铃薯植株。
研究团队还追溯了马铃薯关键块茎形成基因的起源，这些基因是双亲遗传物质的组合。他们发现像总开关一样控制块茎形成时机的SP6A基因来自番茄谱系，而帮助控制地下茎发育形成块茎的IT1基因则来自Etuberosum谱系。缺少任一基因，杂交后代都无法产生块茎。
这一进化创新与安第斯山脉快速隆起时期相吻合，当时新的生态环境正在形成。凭借地下块茎储存养分的能力，早期马铃薯得以快速适应环境变化，在山区恶劣气候中生存。
块茎还使马铃薯无需种子或授粉即可繁殖。它们只需从块茎的芽眼萌发就能生长新植株。这一特性使其能够迅速扩张，占据从温和草原到中南美洲高寒草甸的多样化生态位。
"块茎进化使马铃薯在恶劣环境中获得巨大优势，推动新物种爆发式形成，造就了我们今天所见所依赖的马铃薯丰富多样性，"黄三文表示。