Научные открытия в области эволюционной генетики продолжают удивлять — недавно ученые обнаружили, что один из самых популярных овощей в мире, картофель, появился в результате древнего межвидового скрещивания, которое происходило примерно 8-9 миллионов лет назад. Самое удивительное — к этому процессу причастен был не только один из самых известных овощных видов — томат, но и целая группа диких растений, ранее считавшихся совершенно разными. Интригующие результаты нового геномного исследования помогают понять, как происходила эволюция культуры, которая сегодня обеспечивает миллиарды людей пищей и промышленными сырьями.

На сегодняшний день известно о более чем 107 существующих диких видов картофеля, входящих в род Solanum, который объединяет и культурные, и дикорастущие сорта. Это семейство включено в так называемую линию Petota, которая считается предком современных культурных картофелин Solanum tuberosum. Однако происхождение этой линии долгое время оставалось загадкой для ученых. Почему? По сути, у нее не было очевидных признаков, связанных с формированием клубней — типовых клубнеобразующих структур, характерных для современной картофеля.

Исследования новой геномной конференции (результаты опубликованы в журнале Cell) показали, что линия Petota возникла благодаря сложнейшему процессу межвидового скрещивания двух других линий — Tomato (томат) и Etuberosum. Эти родовые ветки разделены примерно 13-14 миллионами лет назад, но, несмотря на это, между ними сохранялись генетические общие черты, что позволяло им скрещиваться спустя миллионы лет. В частности, было выявлено, что результатом этого межвидового взаимодействия стали новые генетические комбинации, вызвавшие появление у потомков структур, которые начали называться — клубнями или, точнее, клубнеобразными органами.

Чтобы понять механизм этого процесса, стоит остановиться на особенностях генетической структуры. В ходе анализа 128 образцов растений семейства Solanaceae ученые установили, что у линий Petota присутствуют «мозаичные» гены — то есть смесь наследственных признаков, пришедших из двух исходных линий. Это говорит о том, что межвидовое скрещивание произошло в эпоху, когда эти растения не были полностью удалены друг от друга, и сохраняли возможность к взаимной гибридизации.

«Наши результаты показывают, что гибридизация может стать важнейшим драйвером эволюции, приводящим к появлению новых видов и структур», — сообщил один из ведущих авторов исследования, профессор Санвен Хуань из Китайской академии сельскохозяйственных наук.

Отличительной особенностью этого события является то, что у растений-родоначальников не было признаков клубней — значит, появление клубнеобразующих структур у потомков было результатом именно этого межвидового генного обмена. Геномные исследования выявили, что у картофеля важную роль сыграли несколько генов, в том числе SP6A — ген, пришедший из томатов и получивший новые функции. Он отвечал за запуск процессов формирования клубней, что стало ключевым фактором в превращении гибридных растений в настоящих «картофелеподобных» организмов.

На первый взгляд, кажется удивительным, что такие разные растения, как томаты и растения, дающие клубни, смогли скреститься и вызвать появление новых структур. Однако, учитывая, что родословные эти видов пересекаются примерно 13-14 миллионами лет назад, и учитывая, что оба вида происходят от общего предка, у них осталось достаточно схожих генов для взаимной гибридизации. В условиях экологической динамики, когда географические и климатические условия резко менялись, такие гибридные соединения позволяли растениям освоить разные среды.

Например, во время быстрого uplift (подъем горных массивов), особенно в Андах, появление клубней помогло этим растениям адаптироваться к новым холодным и сухим условиям. Гибридизация способствовала «перепрошивке» генов, и получившиеся растения начали лучше сохранять воду и запасать питательные вещества — сделал это особенно важно для выживания в горных условиях.

На сегодняшний день, благодаря анализу геномов и древнейшим образцам, ученые пришли к выводу, что появление картофеля — это следствие сложнейших генетических процессов, в которых участвуют межвидовые гибриды, сформированные во время эволюции. Это не просто случайная мутация или постепенное развитие, а комплексный сценарий, в котором участвуют несколько видов, объединяясь и создавая новые источники полезных признаков.

Это открытие имеет не только научное значение, но и практическое — понимание механизмов эволюции растений позволяет ученым и агрономам лучше проектировать новые сорта, устойчивые к болезням и условиям окружающей среды. Например, в условиях изменения климата развитие новых гибридных линий поможет обеспечивать продовольственную безопасность, особенно в регионах с суровыми условиями.

Эксперты подчеркивают, что это открытие также расширяет границы понимания о том, как сложные генетические взаимодействия и межвидовое скрещивание способствуют появлению новых видов. В будущем ученые планируют изучить дополнительные случаи межвидового обмена генами в других группах растений и животных, чтобы лучше понять механизмы эволюции и закрепления новых признаков.

Понимание истоков появления таких важных культур, как картофель, позволяет проследить сложную сеть взаимодействий, которая формировала биоразнообразие на Земле. В конце концов, эти знания помогают не только раскрывать тайны прошлого, но и создавать более устойчивое будущее для сельского хозяйства и продовольственной безопасности.

Общее время возникновения картофеля — около 9 миллионов лет назад — показывает, что эволюция растений происходит неравномерно и при участии множества факторов. Гибридизация, как оказалось, — мощный инструмент, способный произвести революцию в развитии новых видов и их приспособлении к новым экологическим вызовам.