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馬鈴薯和番茄竟然是近親

來源：《人民日?qǐng)?bào)》

作者：張平賢（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所博士后）

當(dāng)你掰開一個(gè)熱氣騰騰的蒸土豆，或者將炸得金黃酥脆的薯?xiàng)l蘸著番茄醬送入口中時(shí)，有沒有想過，馬鈴薯到底是從哪兒來的？

馬鈴薯的身世比想象中復(fù)雜得多，曾是困擾科學(xué)界許久的“懸案”。不久前，國際學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》上的一篇論文揭開了謎底：我們今天吃的馬鈴薯，并非來自某個(gè)單一的古老祖先，而是一場發(fā)生在千萬年前“跨界聯(lián)姻”的意外結(jié)晶。

故事要從八九百萬年前的南美洲安第斯山脈講起。彼時(shí)，那里還沒有人類的足跡，只有劇烈的地質(zhì)運(yùn)動(dòng)和野蠻生長的植物。主角之一是番茄的某個(gè)古老祖先，我們暫且稱它為“茄小姐”；另一位主角則是類馬鈴薯植物，樣貌酷似馬鈴薯，但就是不長塊莖，我們叫它“薯先生”。

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所黃三文團(tuán)隊(duì)分析了128份高質(zhì)量的基因組數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示，今天馬鈴薯的基因組，堪稱“混血奇跡”：其中約40%的基因來自番茄祖先“茄小姐”，而另外60%則來自類馬鈴薯植物“薯先生”。這次雜交不僅創(chuàng)造了一個(gè)新物種，還催生出一個(gè)全新的器官——塊莖。

塊莖的起源一直是個(gè)謎。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)控制塊莖形成的關(guān)鍵基因來自“雙親”：例如，“主開關(guān)”基因SP6A源自番茄，而調(diào)控匍匐莖生長的IT1基因則來自類馬鈴薯植物。這些基因通過雜交重組，形成了全新的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，最終促成了塊莖的出現(xiàn)。

也就是說，“茄小姐”提供了引擎，“薯先生”提供了底盤和車身，經(jīng)過基因的重組磨合，造出了名為“塊莖”的超級(jí)跑車。這個(gè)全新的基因網(wǎng)絡(luò)，讓馬鈴薯擁有了其他植物夢寐以求的生存法寶。

這一發(fā)現(xiàn)，也為我們理解生命演化提供了生動(dòng)范例。1972年，科學(xué)家提出“間斷平衡”理論，認(rèn)為進(jìn)化更像是在漫長的平穩(wěn)期中，穿插著短暫而劇烈的快速分化階段。馬鈴薯的誕生，就是對(duì)“間斷平衡”理論的一次印證。

研究推測，雜交發(fā)生時(shí)正值安第斯山脈快速抬升期，環(huán)境劇變，擁有塊莖這一“超級(jí)外掛”的初代馬鈴薯，成為當(dāng)時(shí)的贏家。塊莖不僅能儲(chǔ)存大量養(yǎng)分以備不時(shí)之需，還能通過芽眼進(jìn)行無性繁殖，無需費(fèi)力開花授粉、等待種子成熟。這賦予它無與倫比的環(huán)境適應(yīng)能力，從溫帶草原到高寒山區(qū)，迅速搶占了廣闊的生態(tài)位，最終一路逆襲。

解開古老的起源之謎，是為了更好地走向未來。如今，這一基礎(chǔ)研究正轉(zhuǎn)化為育種實(shí)踐中的創(chuàng)新動(dòng)力。黃三文團(tuán)隊(duì)發(fā)起的“優(yōu)薯計(jì)劃”，目的就是通過基因組設(shè)計(jì)育種，從依賴塊莖的無性繁殖，改造為使用種子的有性繁殖，這將極大降低種植成本和病害風(fēng)險(xiǎn)。此次研究還提出了一條新的育種路徑：利用番茄作為遺傳底盤，導(dǎo)入塊莖形成關(guān)鍵基因，培育出地下結(jié)土豆、地上長番茄的新型作物，通過基因工程我們將有望實(shí)現(xiàn)真正意義上的“一株雙收”。

當(dāng)然，從理想到現(xiàn)實(shí)還有一段路要走。塊莖的形成是極其復(fù)雜的系統(tǒng)工程，受到光照、溫度、激素等多種因素的精細(xì)調(diào)控?？茖W(xué)家們還需要挖掘更多的調(diào)控因子，才能真正實(shí)現(xiàn)馬鈴薯育種的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

（記者常欽采訪整理）