محققان با ردیابی عمیق ریشه سیب‌زمینی، داستان منشأ شگفت‌انگیز آن را آشکار کرده‌اند؛ اینکه سیب‌زمینی‌های امروزی از آمیزش طبیعی بین خویشاوندان گوجه‌فرنگی و گونه‌ای شبیه به سیب‌زمینی وحشی در حدود ۹ میلیون سال پیش پدید آمده‌اند.

به نقل از نیو اطلس، 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 سیب‌زمینی‌ها را قادر ساخته است تا در محیط‌های متنوع در رشته‌کوه آند گسترش یابند.

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

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

به طور مشابه، تجزیه و تحلیل ژنتیکی نشان می‌دهد که گیاهان سیب‌زمینی ارتباط نزدیک‌تری با گوجه‌فرنگی 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 گیاه‌شناسی، یک مجموعه داده ژنومی جامع از بیش از ۴۵۰ سیب‌زمینی کشت‌شده و ۵۶ گونه سیب‌زمینی وحشی را که از سراسر آمریکای جنوبی نمونه‌برداری شده بودند، تجزیه و تحلیل کردند. آنها دریافتند که هر گونه سیب‌زمینی ترکیبی پایدار و متعادل از دی‌ان‌ای را از هر دو طرف دودمان والدینی نشان می‌دهد که نشان‌دهنده منشأ ترکیبی آن است.

محققان با استفاده از مدل‌سازی جمعیتی کشف کردند که گوجه‌فرنگی و etuberosum حدود ۱۴ میلیون سال پیش یک جد مشترک داشته‌اند و رویداد هیبریداسیون آنها حدود ۹ 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 SP۶A از سمت گوجه‌فرنگی به عنوان تنظیم‌کننده کلیدی تشکیل غده عمل می‌کند. در همین حال ژنی موسوم به IT۱ 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 غده‌زایی 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 سخت‌تری شده که گرده‌افشانی 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.

یی‌یوان 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 سیب‌زمینی شد که اکنون شامل ۱۰۷ 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 سیب‌زمینی، یعنی از طریق بذر که شامل گرده‌افشانی و ادغام گامت‌ها می‌شود، به شواهد بیشتری نیاز است.

یی‌یوان دینگ می‌گوید: از آنجایی که این رویداد هیبریداسیون ۸ تا ۹ میلیون سال پیش اتفاق افتاده، حل این سؤالات همچنان چالش برانگیز است. تمرکز اصلی ما بر کاربرد‌های انتقالی در اصلاح نژاد سیب‌زمینی، به‌ویژه پرداختن به جهش‌های مضر است که با استفاده از گوجه‌فرنگی به عنوان یک زمینه جدید می‌توانیم این محدودیت را دور بزنیم.

این مطالعه در مجله Cell منتشر شده است.