约900万年前，南美洲的番茄类植物与马铃薯近缘种发生野生物种杂交，由此孕育出全球最重要农作物之一：马铃薯。科学家通过溯源发现，该块茎作物源于一次罕见的自然杂交事件，所形成的块茎作为贮藏器官使植株得以在严酷的安第斯山区环境中存活并迅速传播。
在发表于Cell Press期刊《细胞》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。块茎是土豆、山药和芋头等植物中储存养分的膨大地下结构。
"我们的发现揭示了物种间的杂交事件如何能激发新性状的进化，从而导致更多物种的出现，"论文通讯作者、中国农业科学院的黄三文表示，"我们终于解开了土豆起源之谜。"
作为全球最重要的农作物之一，土豆的起源长期以来困扰着科学家。现代土豆植株在外观上与智利三种名为Etuberosum的类土豆物种几乎完全相同。但这些植物不形成块茎。根据系统发育分析，土豆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份栽培土豆和56份野生土豆物种的基因组。
"野生土豆样本极难获取，因此该数据集代表了有史以来分析过的最全面的野生土豆基因组数据集合，"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扬表示。
他们发现每个土豆物种都稳定、均衡地含有来自Etuberosum和番茄植株的遗传物质，表明土豆起源于这两者之间的古老杂交。
尽管Etuberosum和番茄是不同物种，但它们在约1400万年前拥有共同祖先。即使分化约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土豆植株。
该团队还追溯了土豆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，充当主控开关、指示植株何时开始形成块茎的SP6A基因来自番茄祖先；而另一个名为IT1的重要基因（帮助控制形成块茎的地下茎生长）则来自Etuberosum祖先。缺失其中任何一部分，杂交后代都无法产生块茎。
这一进化创新恰逢安第斯山脉快速隆起时期——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，早期土豆得以快速适应变化的环境，在山区恶劣气候中生存下来。
块茎还使土豆植株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出新植株。这一特性使其能迅速扩张并占据多样的生态位——从温和的草地到中南美洲高寒的高山草甸。
"块茎的进化为土豆在恶劣环境中提供了巨大优势，推动了新物种的爆发式增长，并造就了我们今天看到且赖以生存的丰富土豆多样性，"黄三文说。