馬鈴薯（俗稱土豆），作為全球第三大主食作物，養(yǎng)活了數(shù)十億人口。但你知道嗎？它的起源竟是一場(chǎng)跨越 900 萬(wàn)年的"基因愛(ài)情故事"。最近，一篇發(fā)表在 Cell 期刊上的研究揭開(kāi)了馬鈴薯身世之謎：它并非純種演化而來(lái)，而是番茄和一種野生近緣植物雜交的產(chǎn)物。這場(chǎng)古代雜交不僅賦予了馬鈴薯塊莖形成的超能力，還觸發(fā)了它征服安第斯山脈的生態(tài)奇跡。
該研究由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所黃三文院士領(lǐng)銜，于 2025 年 7 月 31 日發(fā)表于 Cell 期刊，論文題為：Ancient hybridization underlies tuberization and radiation of the potato lineage。
該研究表明，馬鈴薯是古代雜交的"混血兒"，源自約 800-900 萬(wàn)年前番茄和類馬鈴薯的祖先意外結(jié)合，表明種間雜交是馬鈴薯塊莖這一創(chuàng)新性狀的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素。
該研究系統(tǒng)揭示了馬鈴薯物種的雜交起源、塊莖形成和輻射分化，為物種形成機(jī)制和馬鈴薯遺傳育種提供了新的理論視角。
馬鈴薯家族的"尋根之旅"
馬鈴薯屬于茄科植物，其野生近親多達(dá) 107 種，統(tǒng)稱為 Petota 譜系。它們都有一個(gè)標(biāo)志性特征--地下塊莖（即我們吃的土豆）。但奇怪的是，它的兩個(gè)近親譜系卻大不相同：
番茄譜系（Tomato）：包括 17 種番茄，主要生長(zhǎng)在低海拔溫暖地區(qū)，果實(shí)可食但無(wú)塊莖。
類馬鈴薯譜系（Etuberosum）：僅 3 種野生植物，分布于南美洲南部，雖有地下根莖，但不會(huì)膨大成塊莖。
科學(xué)家們長(zhǎng)期困惑：馬鈴薯的塊莖是如何誕生的？通過(guò)分析 128 個(gè)基因組（包括 88 個(gè)單倍型解析基因組），研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)驚人的秘密：馬鈴薯譜系是古代雜交的"混血兒"。約 800-900 萬(wàn)年前，番茄和類馬鈴薯的祖先意外結(jié)合，誕生了馬鈴薯的始祖。這場(chǎng)雜交事件恰逢安第斯山脈劇烈抬升（600-1000萬(wàn)年前），為后續(xù)演化鋪平了道路。
雜交的"基因魔法"：塊莖的誕生密碼
雜交不只是簡(jiǎn)單混合基因，更像一場(chǎng)精密的"基因拼圖"。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)功能實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯塊莖的形成源于雙親基因的互補(bǔ)繼承：
來(lái)自番茄的"光信號(hào)基因"：例如 SP6A（類似開(kāi)花基因），負(fù)責(zé)觸發(fā)地下匍匐莖的膨大。
來(lái)自類馬鈴薯的"調(diào)控基因"：例如 IT1（莖發(fā)育調(diào)控因子），確保塊莖在正確位置形成。
也就是說(shuō)，番茄貢獻(xiàn)了"啟動(dòng)開(kāi)關(guān)"，類馬鈴薯提供了"定位導(dǎo)航"，兩者結(jié)合才讓馬鈴薯長(zhǎng)出可儲(chǔ)存養(yǎng)分的塊莖。研究團(tuán)隊(duì)使用 CRISPR 基因編輯技術(shù)進(jìn)行基因驗(yàn)證，結(jié)果顯示，當(dāng)敲除 SP6A 基因時(shí)，塊莖無(wú)法膨大；而敲除 IT1 基因時(shí)，植株連地下莖都長(zhǎng)不出來(lái)。
更妙的是，這種基因組合是"雜交專屬"。番茄的 SP6A 基因無(wú)法與類馬鈴薯的 IT1 互動(dòng)，只有馬鈴薯繼承了兼容版本--仿佛是自然選擇為它定制的"生存工具包"。
塊莖：馬鈴薯征服世界的"秘密武器"
塊莖不僅是食物儲(chǔ)存庫(kù)，更是一場(chǎng)進(jìn)化革命的開(kāi)端。研究顯示，雜交后的馬鈴薯獲得了三大優(yōu)勢(shì)：
1、無(wú)性繁殖保險(xiǎn)：塊莖讓它在高寒的安第斯山區(qū)（溫度低、生長(zhǎng)季短）通過(guò)克隆繁殖存活，避免雜交后的生育力下降。
2、基因多樣性爆發(fā)：雜交引入的變異基因在后續(xù)演化中被"篩選重組"，催生了 107 個(gè)野生馬鈴薯物種。基因組分析揭示，約 40% 的基因在不同分支中表現(xiàn)出親本特異性分化，如同打開(kāi)了進(jìn)化"加速器"。
3、生態(tài)位擴(kuò)張：相比番茄（適應(yīng)溫暖干燥區(qū)）和類馬鈴薯（喜濕冷），馬鈴薯成功入侵了季節(jié)性干旱草原、高寒草甸等多樣環(huán)境。實(shí)驗(yàn)證明，馬鈴薯的耐寒基因更接近類馬鈴薯，印證了雜交帶來(lái)的適應(yīng)性升級(jí)。
科學(xué)啟示：雜交如何改寫進(jìn)化規(guī)則
這項(xiàng)研究顛覆了傳統(tǒng)認(rèn)知：
1、雜交是創(chuàng)新的引擎：過(guò)去認(rèn)為雜交只是物種形成的"配角"，但馬鈴薯證明它能直接創(chuàng)造新性狀（例如塊莖），驅(qū)動(dòng)輻射演化。
2、作物育種的啟示：理解塊莖基因的雜交起源，有助于設(shè)計(jì)抗寒、高產(chǎn)的馬鈴薯品種，未來(lái)或能通過(guò)模擬古代雜交培育"超級(jí)土豆"。
3、進(jìn)化論的活教材：雜交并非偶然，在地質(zhì)劇變中（例如安第斯造山），它成為生命突圍的"捷徑"。
從 800-900 萬(wàn)年前的偶然邂逅，到今日全球餐桌的主角，馬鈴薯的崛起是一場(chǎng)基因、地質(zhì)與機(jī)遇的交響曲。它的故事提醒我們：自然界的偉大創(chuàng)新，往往始于意外的融合。
中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所黃三文院士、蘭州大學(xué)劉建全教授、加拿大英屬哥倫比亞大學(xué) Loren Rieseberg 教授以及英國(guó)自然博物館 Sandra Knapp 研究員為該論文共同通訊作者。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所張智洋博士、張平賢博士后、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)在讀博士生丁亦苑、南京林業(yè)大學(xué)王則夫教授為該論文共同第一作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究重大項(xiàng)目、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程等項(xiàng)目支持。
論文鏈接：
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00736-6
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