约900万年前，南美洲的番茄近缘种与马铃薯近缘种发生野生种间杂交，由此形成了全球最重要的粮食作物之一——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，该事件促使块茎（植物的贮藏器官）形成，使马铃薯能够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。块茎是存在于马铃薯、山药和芋头等植物中的膨大地下结构，用于储存养分。
"我们的研究揭示了物种间的杂交事件如何激发新性状的进化，从而催生更多物种，"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源自智利的三种马铃薯近缘种Etuberosum几乎完全相同，但这些植物不产生块茎。根据系统发育分析，马铃薯植株与番茄的亲缘关系更近。
为解释这一矛盾，研究团队分析了450个栽培马铃薯基因组和56个野生物种基因组。
"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。
他们发现所有马铃薯物种都稳定、均衡地含有Etuberosum和番茄植株的遗传物质，表明马铃薯起源于两者的古老杂交。
尽管Etuberosum和番茄是不同的物种，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，并于约900万年前产生了最早携带块茎的马铃薯植株。
团队还追溯了马铃薯关键块茎形成基因的起源，这些基因由双亲遗传物质组合而成。他们发现：SP6A基因（如同主开关，指示植株何时开始形成块茎）来自番茄谱系；另一重要基因IT1（协助控制形成块茎的地下茎生长）则源自Etuberosum谱系。缺失任一基因，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。借助地下块茎储存养分的能力，早期马铃薯得以快速适应剧变环境，在严酷的山地气候中生存。
块茎还使马铃薯无需种子或授粉即可繁殖。植株通过块茎芽眼直接萌发新株，这一特性使其能快速扩张，占据从温和草原到中南美洲高寒草甸的多样化生态位。
"块茎进化赋予马铃薯在严酷环境中的巨大优势，既引发了新物种爆发式增长，也造就了我们今天依赖的丰富马铃薯多样性，"黄三文指出。