Томат и картофель – родные братья!
Прослеживая древнюю родословную картофеля, исследователи раскрыли удивительную историю его происхождения: современный картофель появился в результате естественного скрещивания между родственниками томата и видом, похожим на дикий картофель, около девяти миллионов лет назад.
🥔 и 🍅 – История под катом!
Исследование, опубликованное в журнале Cell, предполагает, что эта древняя гибридизация привела к появлению инновационного признака, который, наряду с рекомбинантными генетическими вариациями, спровоцировал диверсификацию видов и способствовал распространению картофеля в различных условиях Анд. В центре внимания – образование подземных клубней. Клубни – это увеличенные подземные структуры, встречающиеся у таких растений, как картофель и ямс, в которых хранятся питательные вещества, такие как вода и углеводы.
Сегодня скромный картофель – третья по значимости культура в мире, обеспечивающая миллиарды людей жизненно важными калориями. Однако учёные долгое время ломали голову над происхождением картофеля. Растения картофеля практически идентичны трём чилийским видам, похожим на картофель, называемым etuberosum, но клубни есть только у картофеля.
Аналогично, генетический анализ показывает, что растения картофеля более близки к томатам, которые также не имеют клубней. Поэтому главный вопрос заключался в том, как вид, столь морфологически и генетически схожий с бесклубневыми растениями, смог развить клубни?
Чтобы разрешить это ботаническое противоречие, группа проанализировала обширный набор геномных данных, включающий более 450 видов культурного картофеля и 56 видов дикого картофеля, собранных по всей Южной Америке. Они обнаружили, что каждый вид картофеля демонстрирует стабильное, сбалансированное сочетание ДНК с обеих сторон родительской линии, что указывает на гибридное происхождение. С помощью демографического моделирования исследователи обнаружили, что томаты и Etuberosum имели общего предка около 14 миллионов лет назад, а гибридизация произошла около девяти миллионов лет назад.
Углубляясь в геномы, исследователи выявили два гена, критически важных для развития клубней. Ген SP6A, принадлежащий к томатному поколению, служит ключевым регулятором образования клубней. В то же время, IT1, важный ген, контролирующий рост подземных стеблей, принадлежит к семейству Etuberosum.
Функциональные анализы показали, что сочетание этих двух генетических фрагментов играет жизненно важную роль в клубнеобразовании, а потеря любого из них делает потомство неспособным к вегетативному размножению.
Кроме того, эта эволюционная инновационная черта совпала с быстрым подъёмом Анд. Подъём Анд привёл к похолоданию, что потенциально привело к более суровым условиям окружающей среды, затрудняющим опыление и производство семян.
К счастью, у исходного гибрида образовался новый орган – клубни. Благодаря надёжному запасу питательных веществ под землёй, этот «инновационный клубневый орган», вероятно, способствовал его раннему выживанию в суровом климате, в том числе и потомству с низкой плодовитостью.
«Клубни могли накапливать питательные вещества для адаптации к холоду и обеспечивать бесполое размножение, снижая риск снижения фертильности. Это позволило исходному гибриду выжить и быстро размножиться», — рассказал один из авторов исследования Июань Дин изданию New Atlas в электронном письме.
Способность к бесполому размножению без семян и опыления (то есть вегетативное размножение через клубни) позволила растениям стабилизировать полезные гибридные комбинации генов и адаптироваться к различным условиям. Эта эффективная репродуктивность также способствовала последующему быстрому видовому разнообразию картофеля, который в настоящее время включает 107 видов, встречающихся в самых разных условиях.
Исследование ещё не завершено, и ученые признают необходимость дополнительных доказательств для выяснения того, как предок картофеля восстановил способность к нормальному половому размножению (т. е. через семена, что включает опыление и слияние гамет).
«Поскольку гибридизация произошла восемь-девять миллионов лет назад, и современные линии Petota, Tomato и Etuberosum существенно разошлись со своими предковыми состояниями, решение этих вопросов остаётся сложной задачей», — сказал Июань Дин в интервью. «Наша основная задача — трансляционное применение в селекции картофеля, в частности, устранение вредных мутаций — серьёзного генетического ограничения в традиционной селекции картофеля. Используя томат в качестве новой основы, мы можем обойти это ограничение».
Исследование опубликовано в журнале Cell.
🥔 и 🍅 – История под катом!
Исследование, опубликованное в журнале Cell, предполагает, что эта древняя гибридизация привела к появлению инновационного признака, который, наряду с рекомбинантными генетическими вариациями, спровоцировал диверсификацию видов и способствовал распространению картофеля в различных условиях Анд. В центре внимания – образование подземных клубней. Клубни – это увеличенные подземные структуры, встречающиеся у таких растений, как картофель и ямс, в которых хранятся питательные вещества, такие как вода и углеводы.
Сегодня скромный картофель – третья по значимости культура в мире, обеспечивающая миллиарды людей жизненно важными калориями. Однако учёные долгое время ломали голову над происхождением картофеля. Растения картофеля практически идентичны трём чилийским видам, похожим на картофель, называемым etuberosum, но клубни есть только у картофеля.
Аналогично, генетический анализ показывает, что растения картофеля более близки к томатам, которые также не имеют клубней. Поэтому главный вопрос заключался в том, как вид, столь морфологически и генетически схожий с бесклубневыми растениями, смог развить клубни?
Чтобы разрешить это ботаническое противоречие, группа проанализировала обширный набор геномных данных, включающий более 450 видов культурного картофеля и 56 видов дикого картофеля, собранных по всей Южной Америке. Они обнаружили, что каждый вид картофеля демонстрирует стабильное, сбалансированное сочетание ДНК с обеих сторон родительской линии, что указывает на гибридное происхождение. С помощью демографического моделирования исследователи обнаружили, что томаты и Etuberosum имели общего предка около 14 миллионов лет назад, а гибридизация произошла около девяти миллионов лет назад.
Углубляясь в геномы, исследователи выявили два гена, критически важных для развития клубней. Ген SP6A, принадлежащий к томатному поколению, служит ключевым регулятором образования клубней. В то же время, IT1, важный ген, контролирующий рост подземных стеблей, принадлежит к семейству Etuberosum.
Функциональные анализы показали, что сочетание этих двух генетических фрагментов играет жизненно важную роль в клубнеобразовании, а потеря любого из них делает потомство неспособным к вегетативному размножению.
Кроме того, эта эволюционная инновационная черта совпала с быстрым подъёмом Анд. Подъём Анд привёл к похолоданию, что потенциально привело к более суровым условиям окружающей среды, затрудняющим опыление и производство семян.
К счастью, у исходного гибрида образовался новый орган – клубни. Благодаря надёжному запасу питательных веществ под землёй, этот «инновационный клубневый орган», вероятно, способствовал его раннему выживанию в суровом климате, в том числе и потомству с низкой плодовитостью.
«Клубни могли накапливать питательные вещества для адаптации к холоду и обеспечивать бесполое размножение, снижая риск снижения фертильности. Это позволило исходному гибриду выжить и быстро размножиться», — рассказал один из авторов исследования Июань Дин изданию New Atlas в электронном письме.
Способность к бесполому размножению без семян и опыления (то есть вегетативное размножение через клубни) позволила растениям стабилизировать полезные гибридные комбинации генов и адаптироваться к различным условиям. Эта эффективная репродуктивность также способствовала последующему быстрому видовому разнообразию картофеля, который в настоящее время включает 107 видов, встречающихся в самых разных условиях.
Исследование ещё не завершено, и ученые признают необходимость дополнительных доказательств для выяснения того, как предок картофеля восстановил способность к нормальному половому размножению (т. е. через семена, что включает опыление и слияние гамет).
«Поскольку гибридизация произошла восемь-девять миллионов лет назад, и современные линии Petota, Tomato и Etuberosum существенно разошлись со своими предковыми состояниями, решение этих вопросов остаётся сложной задачей», — сказал Июань Дин в интервью. «Наша основная задача — трансляционное применение в селекции картофеля, в частности, устранение вредных мутаций — серьёзного генетического ограничения в традиционной селекции картофеля. Используя томат в качестве новой основы, мы можем обойти это ограничение».
Исследование опубликовано в журнале Cell.
