На самом деле картошка — это очень странный помидор: как тайный союз двух растений подарил главный овощ планеты

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Мнение | Флора и фауна

Картофель. Сложно представить наш стол без него. Жареный, варёный, в виде пюре — он кажется нам чем-то абсолютно привычным, фундаментальным, почти вечным. Но что, если я скажу вам, что история его происхождения — это настоящий эволюционный детектив с элементами семейной драмы? Новейшие генетические исследования показывают, что наш скромный картофель — результат древнего союза, о котором мы и не подозревали. И один из его ближайших предков — это… томат.

Да, вы всё правильно поняли. Давайте разберёмся в этой запутанной семейной истории.

Цветение картофеля
Автор: by bob, CC BY 2.0 Источник: www.flickr.com
Семейные тайны рода Solanum

Чтобы понять суть открытия, нужно познакомиться с главными действующими лицами. Все они принадлежат к обширному и весьма колоритному роду растений под названием Паслён (Solanum). Это огромное семейство, в котором есть и ядовитые сорняки, и культурные гиганты вроде баклажанов.

В центре нашего расследования — три группы этого рода:

  1. Картофельная секция (Petota): Настоящие аристократы, насчитывающие более 100 видов, включая нашего героя — культурный картофель (Solanum tuberosum).
  2. Томатная секция: Наши старые знакомые, помидоры. Яркие, сочные и, как оказалось, не такие уж далёкие родственники.
  3. Секция Etuberosum: А вот это — тёмная лошадка. Растения этой группы выглядят почти как картофельные кусты. Но есть одно «но»: они не образуют клубней. Представьте себе картошку, которая «забыла», как делать самое главное.

Долгое время учёные считали, что эти три линии разошлись от общего предка около 14 миллионов лет назад и дальше развивались каждая своим путём. Но всё оказалось куда интереснее.

Филогенетический и популяционно-генетический анализ, выявляющий степень и стабильность геномных гибридных сигналов (относится к Рисунку 2). (A) Филогения пластидных геномов QuiBL, построенная с использованием метода ML с 1000 бутстрэп-реплик. (B) Распределение значений delta BIC QuiBL для трёх топологий. (C) Три основные топологии филогенетического древа и их распределение по последовательным скользящим окнам размером 100 т.п.н. (D) Анализ ABBA-BABA выявляет значительный поток генов между Petota и Etuberosum. (E) Графики синтении гомологичных генов из 36 геномов. Серые линии указывают на инвертированные участки. (F) Моделирование размеров пан- и кор-геномов с точки зрения числа генных кластеров и состава пан-генома. Для каждого заданного числа геномов было сгенерировано 500 комбинаций с 30 репликами для каждой. (G) Сравнение наблюдаемых соотношений топологий и соотношений в смоделированном сценарии только с ILS. Чёрные стрелки указывают на наблюдаемые соотношения (Древо-II/Древо-III), полученные из генных, белковых, CDS и интронных деревьев соответственно. Серые кривые представляют соотношения в сценарии только с ILS. Статистическая значимость рассчитывалась с помощью двустороннего одновыборочного биномиального теста. (H) Анализ ABBA-BABA для оценки потока генов между Petota и различными образцами Etuberosum (синий)/Tomato (красный). (I) Попарная генетическая дифференциация (FST) между Tomato, Petota и Etuberosum. (J) Попарное генетическое расхождение (DXY) между Tomato, Petota и Etuberosum. (K) Распределение нуклеотидного разнообразия (π) для Tomato, Petota и Etuberosum. (L) Анализ компонентов индивидуального происхождения для 349 образцов Petota с использованием программы HyDe. (M) Распределение блоков происхождения для различных клад Petota, выведенное с помощью анализов Loter. (N) Геномное сканирование по неперекрывающимся окнам размером 100 т.п.н. с использованием статистики fG для анализа генетической смеси между Etuberosum и каждой из трёх клад Petota. (O) Геномное распределение интрогрессированных участков от Etuberosum высоко коррелирует между кладами 1 + 2, кладой 3 и кладой 4 внутри Petota, что указывает на единичное предковое событие гибридизации, общее для всех видов Petota.
Автор: Zhang, Zhiyang et al. Cell Источник: www.cell.com
Судьбоносная встреча в Андах

Команда исследователей под руководством Сандры Кнапп из лондонского Музея естественной истории решила заглянуть прямо в «паспорт» картофеля — его геном. Проанализировав ДНК сотен сортов культурного картофеля и его диких сородичей, они обнаружили нечто поразительное. В геноме каждого из них присутствовала устойчивая смесь генов как от предков томатов, так и от загадочного Etuberosum.

Что это значит? А то, что история картофеля — это не история линейного развития, а история гибридизации.

Позвольте объяснить. Примерно 8 миллионов лет назад, на территории современного Чили, где в то время активно формировались могучие Анды, произошло судьбоносное событие. Древний предок томатов каким-то образом скрестился с растением из группы Etuberosum. Это не было простой случайностью. Это был генетический джекпот.

Представьте, что вы смешиваете два разных набора инструментов. Один хорош в одном, другой — в другом. В результате вы получаете совершенно новый, универсальный набор. Именно это и произошло. Гены двух разных линий «перетасовались», создав совершенно новую комбинацию. Этот генетический коктейль и породил предка всего современного картофеля.

ПОГ (гены под положительным отбором) и экспериментальное подтверждение генов, ассоциированных с клубнеобразованием, которые подверглись положительному отбору. (A) Сравнение вариантов генов между Tomato/Petota и Etuberosum с помощью теста Хадсона-Крейтмана-Агуаде (HKA). Результаты для генов показаны (красными точками) на графике, где Petota сгруппирована с Tomato в топологии CDS. Ген, выделенный серой полосой, указывает на его вероятную связь с клубнеобразованием. (B) Сравнение вариантов генов между Etuberosum/Petota и Tomato с помощью теста HKA. Результаты для генов показаны (синими точками) на графике, где Petota сгруппирована с Etuberosum в топологии CDS. Ген, выделенный серой полосой, указывает на его вероятную связь с клубнеобразованием. (C) Валидация с помощью дрожжевого двугибридного анализа. Дрожжевые клетки выращивали на селективной среде SD3 (-LWH) без лейцина (L), триптофана (W) и гистидина (H), а клетки на среде SD2 (-LW) служили контролем роста. (D) Валидация с помощью двойного люциферазного репортерного анализа. Блочные диаграммы показывают медиану, границы «ящика» обозначают 25-й и 75-й перцентили, а «усы» обозначают максимальные и минимальные точки данных в пределах 1,5-кратного межквартильного размаха от границ «ящика». n = 11. Статистическая значимость определялась с помощью двустороннего t-критерия Стьюдента. (E) Фенотипы нокаутного мутанта по гену DRN. (F) Фенотипы нокаутного мутанта по гену CLF.
Автор: Zhang, Zhiyang et al. Cell Источник: www.cell.com
Клубень как эволюционное преимущество

В чём же был фокус? Главной инновацией, появившейся в результате этой гибридизации, стала способность формировать клубни — те самые, что мы так ценим.

Для растения клубень — это не просто еда для человека. Это гениальный инструмент выживания. В условиях растущих Анд климат становился всё более суровым: холодным и засушливым. Клубень стал для растения чем-то вроде персонального «подземного склада» или «аккумулятора». В нём запасались крахмал и питательные вещества, позволявшие пережить долгие зимы или засушливые периоды, а весной дать жизнь новому растению.

Именно эта суперспособность позволила новому гибриду не просто выжить, но и стремительно распространиться по суровым высокогорным ландшафтам, осваивая новые, недоступные для его «родителей» территории.

Кстати, о родстве. Если вам вдруг повезёт увидеть плоды на картофельном кусте (что бывает нечасто), вы заметите, что это маленькие зелёные ягодки, до смешного похожие на помидоры черри. Это ещё одно наглядное напоминание об их общем происхождении. Но, как предупреждает Сандра Кнапп, пробовать их не стоит — на вкус они отвратительны и могут быть ядовиты.

Эволюционный сценарий гибридного происхождения линии картофеля Секция Petota возникла в результате древнего события гибридизации между Tomato и Etuberosum около 8-9 миллионов лет назад, что совпало с быстрым ростом Анд (6-10 миллионов лет назад). Представители Petota унаследовали смешанный набор родительских генов, что способствовало формированию клубней и вызвало взрывное видообразование, позволив видам из этой секции адаптироваться и колонизировать разнообразные среды обитания.
Автор: Zhang, Zhiyang et al. Cell Источник: www.cell.com
Уроки прошлого для будущего урожая

Казалось бы, ну узнали мы новую деталь из ботанической истории, что с того? А вот здесь история делает крутой поворот и становится актуальной для каждого из нас.

Это исследование подчёркивает невероятную мощь гибридизации как двигателя эволюции. Но что ещё важнее — оно напоминает нам о ценности диких сородичей наших культурных растений.

Подумайте вот о чём: эти дикие виды, вроде Etuberosum или диких картофелин, которые всё ещё растут в Андах, — это живая генетическая библиотека. В их ДНК могут храниться гены, отвечающие за устойчивость к засухе, болезням, вредителям — ко всем тем вызовам, с которыми мы сталкиваемся сегодня из-за изменения климата.

Как отмечает Бретт Саммерелл из Ботанических садов Сиднея, мы рискуем потерять эти бесценные генетические ресурсы. Разрушение среды обитания и глобальное потепление угрожают диким родственникам картофеля. Мы буквально сжигаем страницы из книги рецептов выживания, даже не успев их прочитать.

Так что в следующий раз, когда будете чистить картошку, вспомните её удивительную историю. Это не просто овощ. Это потомок древнего союза, выживший благодаря генетической смекалке. Это живое свидетельство эволюции и напоминание о том, как важно беречь дикую природу, ведь в ней могут скрываться ключи к нашему будущему продовольствию.

Изображение в превью:
Автор: by bob, CC BY 2.0
Источник: www.flickr.com

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Год использования: обзор TWS-наушников Anker Soundcore P40i

Обзоров этих наушников уже достаточно много в интернете, так как модель не новая. Однако, эта публикация может быть полезна вам как читателю, который потенциально хочет приобрести эту модель для...

Планшет, за который не страшно: обзор защищенного планшета Cubot TAB KingKong S

Для путешествий, занятий активными видами спорта, работы в гараже и на стройке зачастую требуется устройство, которое не страшно буквально бросить как придется, не боясь за его состояние, а оно...

Самодельная домашняя приточная вентиляция V4.0

Сделал очередную систему домашней приточной вентиляции, применив новый способ изготовления корпуса — простой и дешёвый. Приточная вентиляция нужна для того, чтобы можно было жить, дыша...

Обзор Technо Spark 40C – что умеет бюджетный смартфон за 8000 рублей

Иногда ловишь себя на мысли, что нужен самый обычный смартфон, без лишних функций, но чтобы тянул повседневные задачи и не просил розетку каждые пару часов. Вот под это описание как раз и подходит...

Обзор Cudy P2 – Wi-Fi роутера / Mesh-модуля с поддержкой 4G/5G

Cчитается, что корни компании Cudy тянутся из недр незабвенного TP-Link. Однако, подход к роутерам и мэш-системам у Cudy в корне отличается, в лучшую сторону. Дело в том, что, практически, каждый...

4 000 000 000 000 000 000 проверок впустую: почему современные процессоры бессильны против гипотезы Гольдбаха

Эту задачу поймет первоклассник, но её не могут решить уже 300 лет. Простая арифметика сломала зубы величайшим гениям, а метод «грубой силы» и 4 квинтиллиона проверок оказались бесполезны.