馬鈴薯（俗稱(chēng)土豆），作為全球第三大主食作物，養活了數十億人口。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。
該研究由中國農業(yè)科學(xué)院深圳農業(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(lèi)馬鈴薯的祖先意外結合，表明種間雜交是馬鈴薯塊莖這一創(chuàng )新性狀的關(guān)鍵驅動(dòng)因素。
該研究系統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 107 種，統稱(chēng)為 Petota 譜系。它們都有一個(gè)標志性特征--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(cháng)在低海拔溫暖地區，果實(shí)可食但無(wú)塊莖。
類(lèi)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(cháng)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），研究團隊發(fā)現了一個(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(lèi)馬鈴薯的祖先意外結合，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"。研究團隊通過(guò)功能實(shí)驗發(fā)現，馬鈴薯塊莖的形成源于雙親基因的互補繼承：
來(lái)自番茄的"光信號基因"：例如 SP6A（類(lèi)似開(kāi)花基因），負責觸發(fā)地下匍匐莖的膨大。
來(lái)自類(lèi)馬鈴薯的"調控基因"：例如 IT1（莖發(fā)育調控因子），確保塊莖在正確位置形成。
也就是說(shuō)，番茄貢獻了"啟動(dòng)開(kāi)關(guān)"，類(lèi)馬鈴薯提供了"定位導航"，兩者結合才讓馬鈴薯長(cháng)出可儲存養分的塊莖。研究團隊使用 CRISPR 基因編輯技術(shù)進(jìn)行基因驗證，結果顯示，當敲除 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(cháng)不出來(lái)。
更妙的是，這種基因組合是"雜交專(zhuān)屬"。番茄的 SP6A 基因無(wú)法與類(lèi)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"
塊莖不僅是食物儲存庫，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：
1、無(wú)性繁殖保險：塊莖讓它在高寒的安第斯山區（溫度低、生長(cháng)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演化中被"篩選重組"，催生了 107 個(gè)野生馬鈴薯物種?；蚪M分析揭示，約 40% 的基因在不同分支中表現出親本特異性分化，如同打開(kāi)了進(jìn)化"加速器"。
3、生態(tài)位擴張：相比番茄（適應溫暖干燥區）和類(lèi)馬鈴薯（喜濕冷），馬鈴薯成功入侵了季節性干旱草原、高寒草甸等多樣環(huán)境。實(shí)驗證明，馬鈴薯的耐寒基因更接近類(lèi)馬鈴薯，印證了雜交帶來(lái)的適應性升級。
科學(xué)啟示：雜交如何改寫(xiě)進(jìn)化規則
這項研究顛覆了傳統認知：
1、雜交是創(chuàng )新的引擎：過(guò)去認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，有助于設計抗寒、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。
中國農業(yè)科學(xué)院深圳農業(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 教授以及英國自然博物館 Sandra Knapp 研究員為該論文共同通訊作者。中國農業(yè)科學(xué)院深圳農業(yè)基因組研究所張智洋博士、張平賢博士后、華中農業(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。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、廣東省基礎與應用基礎研究重大項目、中國農業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng )新工程等項目支持。
論文鏈接：
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00736-6
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