约900万年前，南美洲的番茄样植物与马铃薯近缘种发生了一次罕见的野生杂交事件，由此诞生了全球最重要的作物之一——马铃薯。科学家溯源发现，这场自然的远缘杂交创造了块茎（储存器官），使马铃薯得以在严酷的安第斯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，研究人员推测这一古老的进化事件引发了块茎的形成，块茎是一种扩大的地下结构，用于储存养分，存在于诸如马铃薯、山药和芋头等植物中。
通讯作者、中国农业科学院的黄三文表示：“我们的发现展示了物种间的杂交事件如何激发新性状的进化，从而允许更多物种出现。我们终于解开了马铃薯起源之谜。”
作为世界上最重要的作物之一，马铃薯的起源长期困扰着科学家。在外观上，现代马铃薯植株与来自智利的三种马铃薯类似物种几乎相同，这些物种称为Etuberosum。但这些植物不携带块茎。基于系统发育分析，马铃薯植株与番茄更密切相关。
为解决这一矛盾，研究团队分析了450个栽培马铃薯的基因组和56个野生马铃薯物种的基因组。
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阳表示：“野生马铃薯非常难以采样，因此这一数据集代表了迄今分析的最全面的野生马铃薯基因组数据集合。”
他们发现，每种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物，表明马铃薯起源于这两者之间的远古杂交事件。
尽管Etuberosum和番茄是不同物种，但它们在大约1400万年前共享一个共同祖先。即使在大约500万年后分化，它们仍能杂交，并在大约900万年前产生了最早的带有块茎的马铃薯植株。
团队还追溯了马铃薯关键块茎形成基因的起源，这些基因是来自各自亲本的遗传物质的组合。他们发现SP6A基因，它像一个主开关告诉植物何时开始制造块茎，来自于番茄家族一侧。另一个重要基因IT1，它帮助控制形成块茎的地下茎的生长，来自于Etuberosum一侧。如果没有其中任何一个部分，杂交后代将无法产生块茎。
这一进化创新与安第斯山脉的快速隆起相吻合，这是一个新生态环境出现的时期。凭借块茎在地下储存养分，早期马铃薯能够快速适应变化的环境，在山区的恶劣天气中生存下来。
块茎还使得马铃薯植株能够无需种子或授粉就繁殖。它们只需从块茎上的芽中发芽就能生长出新植株。这一特性使它们能够迅速扩张并占据多样的生态位，从温和的草原到中南美洲高而寒冷的高山草甸。
黄三文说：“进化出块茎让马铃薯在恶劣环境中获得了巨大优势，推动了新物种的爆发，并贡献了我们今天看到和依赖的马铃薯的丰富多样性。”