Вчені розкрили таємницю походження картоплі

Міжнародна команда біологів з Китаю, Канади, Німеччини, США та Великої Британії розгадала давню загадку походження картоплі. Згідно з їхнім дослідженням, сучасна картопля виникла внаслідок схрещування між рослинами томатів і картоплеподібними видами з Південної Америки приблизно 8−9 мільйонів років тому. Ця давня еволюційна подія спричинила формування бульби — збільшеної підземної структури, що зберігає поживні речовини у таких рослинах, як картопля, ямс та таро.

Культивована картопля наразі є третьою найважливішою основною культурою у світі. Разом з пшеницею, рисом та кукурудзою вона забезпечує 80 відсотків калорійного споживання людства. За зовнішнім виглядом сучасні рослини картоплі майже ідентичні трьом картоплеподібним видам з Чилі, які називаються Etuberosum. Однак ці рослини не утворюють бульб.

Філогенетичний аналіз показав, що рослини картоплі більш тісно споріднені з томатами. Щоб розв'язати це протиріччя, доктор Санвен Хуан з Інституту сільськогосподарської геноміки в Шеньчжені при Китайській академії сільськогосподарських наук та Китайській академії тропічного сільського господарства разом з колегами проаналізували 450 геномів культивованої картоплі та 56 геномів диких видів картоплі.

Доктор Хуан зазначив, що їхні висновки показують, як подія гібридизації між видами може спровокувати еволюцію нових ознак, дозволяючи виникнути ще більшій кількості видів. Він підкреслив, що вони нарешті розв'язали загадку походження картоплі. Доктор Чжіян Чжан, дослідник з Інституту сільськогосподарської геноміки в Шеньчжені при Китайській академії сільськогосподарських наук, відзначив, що дикі картоплі дуже важко відбирати для досліджень, тому цей набір даних представляє найбільш всеосяжну колекцію геномних даних дикої картоплі, яку коли-небудь аналізували.

Автори виявили, що кожен вид картоплі містив стабільну, збалансовану суміш генетичного матеріалу як від Etuberosum, так і від рослин томатів. Це свідчить про те, що картопля походить від давньої гібридизації між цими двома видами. Хоча Etuberosum і томати є різними видами, вони мали спільного предка приблизно 14 мільйонів років тому. Навіть після розходження протягом близько 5 мільйонів років вони змогли схрещуватися і дали початок найраннішим рослинам картоплі з бульбами приблизно 8−9 мільйонів років тому.

Дослідники також простежили походження ключових генів картоплі, що відповідають за формування бульб. Ці гени є комбінацією генетичного матеріалу від кожного з батьківських видів. Вони виявили, що ген SP6A, який діє як головний перемикач, що повідомляє рослині, коли почати утворювати бульби, походить від томатної сторони родини. Інший важливий ген під назвою IT1, який допомагає контролювати ріст підземних стебел, що формують бульби, походить від сторони Etuberosum. Без будь-якої з цих частин гібридне потомство було б нездатним виробляти бульби.

Ця еволюційна інновація збіглася з швидким підйомом Андських гір — періодом, коли виникали нові екологічні середовища. Маючи бульбу для зберігання поживних речовин під землею, ранні картоплі змогли швидко адаптуватися до мінливого середовища, виживаючи в суворих погодних умовах гір. Бульби також дозволяють рослинам картоплі розмножуватися без насіння чи запилення. Вони вирощують нові рослини, просто проростаючи з бруньок на бульбі.

Ця особливість дозволила їм швидко розширюватися і заповнювати різноманітні екологічні ніші від м'яких луків до високих і холодних альпійських лук у Центральній та Південній Америці. Доктор Хуан пояснив, що еволюція бульби дала картоплі величезну перевагу в суворих умовах навколишнього середовища, підживлюючи вибух нових видів і сприяючи багатому різноманіттю картоплі, яку ми бачимо і на яку покладаємося сьогодні.

Результати дослідження мають важливе значення для розуміння еволюційних процесів у рослинному світі. Вони демонструють, як гібридизація між різними видами може призвести до появи нових адаптивних ознак, які дозволяють організмам успішно колонізувати нові екологічні ніші. У випадку картоплі формування бульб стало ключовою інновацією, що забезпечила їй еволюційний успіх.

Дослідження також підкреслює важливість збереження генетичного різноманіття диких видів картоплі. Ці дикі родичі культурних рослин містять цінний генетичний матеріал, який може бути використаний для покращення сучасних сортів картоплі, особливо в контексті зміни клімату та необхідності адаптації сільськогосподарських культур до нових умов.

Дослідження було опубліковано 31 липня 2025 року в журналі Cell. Робота представляє результат багаторічних зусиль міжнародної команди вчених і базується на аналізі найбільшої на сьогодні колекції геномних даних диких і культурних видів картоплі.