محققان با ردیابی عمیق ریشه سیب زمینی، داستان منشأ شگفت انگیز آن را آشکار کرده‌اند؛ اینکه سیب زمینی‌های امروزی از آمیزش طبیعی بین خویشاوندان گوجه فرنگی و گونه‌ای شبیه به سیب زمینی وحشی در حدود 9 میلیون سال پیش پدید آمده‌اند.

 این مطالعه نشان می‌دهد که این پیوند نژاد باستانی باعث ایجاد یک ویژگی نوآورانه شده است که همراه با تغییرات ژنتیکی نوترکیب، تنوع گونه‌ای را برانگیخته و سیب زمینی‌ها را قادر ساخته است تا در محیط‌های متنوع در رشته کوه آند گسترش یابند.

ویژگی بدیع مورد توجه، تشکیل تجه‌ها یا غده‌های زیرزمینی است. این غده‌ها ساختارهای زیرزمینی بزرگی هستند که در گیاهانی مانند سیب زمینی و سیب زمینی هندی یافت می‌شوند و مواد مغذی مانند آب و کربوهیدرات‌ها را ذخیره می‌کنند.

امروزه سیب زمینی سومین محصول اصلی مهم جهان است که کالری حیاتی را برای میلیاردها نفر روی زمین تأمین می‌کند. با این حال، دانشمندان مدت هاست که در مورد منشأ سیب زمینی سردرگم بوده‌اند. سیب زمینی تقریباً با سه گونه سیب زمینی مانند به نام «etuberosum» یکسان هستند، با این حال فقط سیب زمینی‌ها غده دارند.

به طور مشابه، تجزیه و تحلیل ژنتیکی نشان می‌دهد که گیاهان سیب زمینی ارتباط نزدیک تری با گوجه فرنگی دارند که آنها نیز غده ندارند. بنابراین سوال بزرگ این بود که چگونه گونه‌ای که از نظر مورفولوژیکی و ژنتیکی بسیار شبیه به گیاهان بدون غده است، اما در نهایت غده دارد؟

این تیم برای حل این تناقض گیاه شناسی، یک مجموعه داده ژنومی جامع از بیش از ۴۵۰ سیب زمینی کشت شده و ۵۶ گونه سیب زمینی وحشی را که از سراسر آمریکای جنوبی نمونه برداری شده بودند، تجزیه و تحلیل کردند. آنها دریافتند که هر گونه سیب زمینی ترکیبی پایدار و متعادل از دی ان‌ای را از هر دو طرف دودمان والدینی نشان می‌دهد که نشان دهنده منشأ ترکیبی آن است.

محققان با استفاده از مدل سازی جمعیتی کشف کردند که گوجه فرنگی و etuberosum حدود ۱۴ میلیون سال پیش یک جد مشترک داشته‌اند و رویداد هیبریداسیون آنها حدود 9 میلیون سال پیش رخ داده است.

محققان با کاوش عمیق‌تر در ژنوم‌ها، دو ژن حیاتی برای تشکیل غده را مشخص کردند و دریافتند که ژن SP6A از سمت گوجه فرنگی به عنوان تنظیم کننده کلیدی تشکیل غده عمل می‌کند. در همین حال ژنی موسوم به IT1 یک ژن ضروری است که رشد ساقه‌های زیرزمینی را کنترل می‌کند و از سمت etuberosum آمده است.

سنجش‌های عملکردی نشان داد که ترکیب این دو قطعه ژنتیکی نقش حیاتی در غده زایی ایفا می‌کند و از دست دادن هر یک از آنها، محصولات را قادر به تولید مثل رویشی نمی‌کند.

علاوه بر این، این ویژگی نوآورانه تکاملی با بالا آمدن سریع کوه‌های آند همزمان بوده است. بالا آمدن کوه‌های آند منجر به شرایط محیطی سردتر شده که به طور بالقوه منجر به محیط‌های سخت تری شده که گرده افشانی و تولید بذر را دشوارتر می‌کرد.

خوشبختانه ترکیب اولیه، غده‌ها را به عنوان یک اندام جدید تولید کرد. با داشتن یک ذخیره مواد مغذی امن در زیر زمین، این غده‌های بدیع احتمالاً بقای اولیه آن را در آب و هوای سخت، از جمله فرزندانی با باروری کم تسهیل کرد.

یی یوان دینگ(Yiyuan Ding)، نویسنده ارشد این مطالعه می‌گوید: غده‌ها می‌توانند مواد مغذی را برای سازگاری با سرما ذخیره کنند و تولید مثل غیرجنسی را برای جلوگیری از خطر کاهش باروری ممکن سازند. این امر به ترکیب اولیه اجازه داد تا زنده بماند و به سرعت گسترش یابد.

وی افزود: توانایی تولید مثل غیرجنسی بدون بذر یا گرده افشانی (یعنی تولید مثل رویشی از طریق غده‌ها) این گیاهان را قادر ساخت تا ترکیبات ژنی هیبریدی مفید را تثبیت کرده و خود را در محیط‌های متنوع مستقر کنند. این تولید مثل کارآمد همچنین باعث تنوع سریع گونه‌های سیب زمینی شد که اکنون شامل 107 گونه یافت شده در طیف وسیعی از محیط‌ها است.

این مطالعه هنوز کامل نشده است و محققان اذعان می‌کنند که برای روشن شدن چگونگی بازیابی توانایی تولید مثل طبیعی توسط جد سیب زمینی، یعنی از طریق بذر که شامل گرده افشانی و ادغام گامت‌ها می‌شود، به شواهد بیشتری نیاز است.

یی یوان دینگ می‌گوید: از آنجایی که این رویداد هیبریداسیون 8 تا 9 میلیون سال پیش اتفاق افتاده، حل این سؤالات همچنان چالش برانگیز است. تمرکز اصلی ما بر کاربردهای انتقالی در اصلاح نژاد سیب زمینی، به ویژه پرداختن به جهش‌های مضر است که با استفاده از گوجه فرنگی به عنوان یک زمینه جدید می‌توانیم این محدودیت را دور بزنیم.

این مطالعه در مجله Cell منتشر شده است.