陕西
马铃薯是全球第三大粮食作物，为13亿人提供主食。栽培马铃薯及其107个野生种（分类学上称为“马铃薯组”）均具有特化的地下贮藏器官——薯块。在形态学上，马铃薯组与类马铃薯组（包含3个野生物种）更为相似，都能产生地下茎，一度曾认为类马铃薯是马铃薯的直接祖先，是“不结薯的马铃薯”；而分子系统发育学表明番茄组（包括栽培番茄和16个野生番茄物种）与马铃薯组遗传距离更近。长期以来，上述三者的亲缘关系是一个未解之谜。
图1 类马铃薯组（左）与马铃薯组（右）植株的表型
7月31日，中国农业科学院深圳农业基因组研究所黄三文团队联合中外科研团队在Cell上发表了题为“Ancient hybridization underlies tuberization and radiation of the potato lineage”的研究论文，系统揭示了马铃薯组物种的杂交起源、块茎形成和辐射分化，是“优薯计划”的又一重大突破，并为物种形成机制和马铃薯遗传育种提供了新的理论视角。
马铃薯起源于一次古杂交事件
研究团队系统分析了来自101份马铃薯组、15份番茄组、9份类马铃薯组，以及19份其他茄科物种的高质量基因组数据。其中大部分基因组数据已经存在，这项研究对数据进行了再利用。发现马铃薯组与其姊妹类群番茄组和类马铃薯组之间存在强烈的谱系冲突和基因流现象。通过进一步的杂交起源分析，证明了马铃薯起源于900万年前番茄和类马铃薯祖先种的一次古杂交事件。现存马铃薯组物种都具有一致且稳定的杂交信号，其父本类马铃薯和母本番茄的遗传成分贡献约为6 : 4。
薯块器官是亲本等位基因重新组合的结果
相较于两个亲本物种（番茄和类马铃薯）以及其他茄属植物（如茄子、龙葵），马铃薯最特异之处是地下分支（匍匐茎）尖端能够进一步膨大形成薯块。研究团队结合杂交起源进化分析和分子功能实验方法，对薯块形成的调控网络进行从头解析。发现了薯块身份基因IT1继承自类马铃薯组，而结薯移动信号基因SP6A继承自番茄组，并新发现另外两个薯块功能相关基因DRN和CLF分别来源于番茄组和类马铃薯组。综上，该研究首次发现了不同亲本来源的等位基因形成全新的调控网络，并导致新器官（薯块）的诞生。
破解马铃薯物种多样性之谜
马铃薯组种质资源具有丰富的遗传多样性，分为三大主要分支（分支1+2、分支3、分支4），这些物种广布于美洲大陆不同类型的生态系统中。本研究发现杂交衍生的多态性位点很可能导致了现今马铃薯组内部三大分支间的谱系冲突现象和遗传多样性。现今，马铃薯基因组上仍约有24%的遗传组分随机固定了不同亲本的等位基因，呈现出亲本镶嵌的模式。这种“马赛克”的遗传组合与新形成的薯块器官共同加速了马铃薯组物种爆发式的辐射分化，并与两个亲本进一步建立生殖隔离，表现出超强杂种优势和超级环境适应性。
图2 古杂交事件驱动马铃薯的薯块形成与辐射演化
综上，该研究首次发现马铃薯的同倍体杂交物种形成，并证明新器官薯块的形成是由于不同亲本等位基因的重新组合，为理解杂交在物种形成过程中的关键作用提供了新范式，并为后续马铃薯遗传育种提供了全新的理论视角。
中国农业科学院深圳农业基因组研究所黄三文研究员、兰州大学刘建全教授、加拿大英属哥伦比亚大学LorenRieseberg教授以及英国自然博物馆Sandra Knapp研究员为该论文的通讯作者。中国农业科学院深圳农业基因组研究所张智洋博士、张平贤博士后、华中农业大学在读博士生丁亦苑、南京林业大学王则夫教授为该论文的共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究重大项目、中国农业科学院科技创新工程等项目支持。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.06.034
特别声明：以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布，本平台仅提供信息存储服务。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.
