Ziemniak wyewoluował z przodka pomidora

Naukowcy twierdzą, iż w końcu odkryli pochodzenie jednego z naszych ulubionych warzyw. Według nich około 9 milionów lat temu w Ameryce Południowej wczesne rośliny pomidorów krzyżowały się z innymi gatunkami. W wyniku tych „amorów” powstał… ziemniak.

Międzynarodowy zespół badawczy odkrył, iż naturalne krzyżowanie się wczesnych pomidorów z gatunkami ziemniakopodobnymi z Ameryki Południowej około 9 milionów lat temu dało początek współczesnemu ziemniakowi. W badaniu opublikowanym w czasopiśmie „Cell” (DOI: 10.1016/j.cell.2025.06.034), naukowcy wykazali, iż pradawne pomidory, które rosły w Andach, krzyżowały się z rośliną o nazwie Etuberosum. W procesie zwanym hybrydyzacją wymieszały swój materiał genetyczny, co zapoczątkowało powstanie rośliny z bulwą, powiększoną, podziemną struktury, która magazynuje składniki odżywcze. To był początek ziemniaka.

Narodziny ziemniaka

– Nasze odkrycia pokazują, jak hybrydyzacja między gatunkami może zapoczątkować ewolucję nowych cech, umożliwiając pojawienie się jeszcze większej liczby gatunków – powiedział Sanwen Huang z Chińskiej Akademii Nauk Rolniczych. – W końcu rozwiązaliśmy zagadkę pochodzenia ziemniaków – dodał.

Ziemniak (Solanum tuberosum) jest jedną najważniejszych roślin uprawnych na świecie. W Ameryce Północnej ziemniaki zaczęto uprawiać już około 10 tys. lat temu. Do Europy dotarły pod koniec XVI wieku i dość gwałtownie stały się podstawą jadłospisu. Jednak pochodzenie ziemniaków od dawna stanowiło zagadkę dla badaczy. Co ciekawe, współczesne ziemniaki są z wyglądu niemal identyczne z trzema gatunkami ziemniakopodobnymi z Chile o nazwie Etuberosum. Rośliny te jednak nie mają bulw.

Pomidor matką, Etuberosum ojcem

W swoich badaniach naukowcy przeanalizowali 450 genomów ziemniaków uprawnych i 56 gatunków ziemniaka dzikiego. – Pobieranie próbek ziemniaków dzikich jest bardzo trudne, dlatego te dane stanowią najbardziej kompleksowy zbiór danych genomicznych dotyczących ziemniaka dzikiego, jaki kiedykolwiek analizowano – przyznał Zhiyang Zhang z Instytutu Genomiki Rolniczej w Shenzhen. Badacze przeanalizowali też rośliny pomidora oraz Etuberosum, aby ustalić ewolucyjne powiązania między nimi.

Wcześniejsze badania oparte o analizy filogenetyczne wykazały, iż rośliny ziemniaka są spokrewnione z pomidorami. W nowych pracach uczeni ustalili, iż każdy gatunek ziemniaka zawiera stabilną, zrównoważoną mieszankę materiału genetycznego pochodzącego zarówno z Etuberosum, jak i pomidora, co sugeruje, iż ziemniaki powstały w wyniku starożytnej krzyżówki między nimi.

Chociaż Etuberosum i pomidory to odrębne gatunki, miały wspólnego przodka około 14 milionów lat temu. Następnie doszło do separacji, która trwała około pięć milionów lat, ale po tym czasie, około 9 milionów lat temu, rośliny te skrzyżowały się i dały początek najwcześniejszym roślinom ziemniaka z bulwami.

Zespół prześledził również pochodzenie kluczowych genów ziemniaka odpowiedzialnych za tworzenie bulw, które są kombinacją materiału genetycznego od każdego z rodziców. Odkryli, iż gen SP6A, który działa jak główny przełącznik, informując roślinę, kiedy rozpocząć tworzenie bulw, pochodzi ze strony pomidora. Inny istotny gen, IT1, który pomaga kontrolować wzrost podziemnych łodyg, a to z nich powstają bulwy, pochodzi ze strony Etuberosum. Bez żadnego z tych genów potomstwo nie byłoby zdolne do wytwarzania bulw. – Pomidor jest matką, a Etuberosum ojcem – powiedział Huang. – Ale na początku nie było to oczywiste – dodał.

Znaczenie bulw

Romans przodka pomidora z Etuberosum zbiegł się z gwałtownym wypiętrzaniem się Andów, okresem powstawania nowych środowisk ekologicznych. Dzięki bulwie magazynującej wodę i składniki odżywcze pod ziemią, wczesne ziemniaki były w stanie gwałtownie przystosować się do zmieniającego się, surowego środowiska.

Bulwy umożliwiają również roślinom ziemniaka rozmnażanie się bez nasion i zapylania. Nowe rośliny wyrastają z pąków na bulwie. Ta cecha pozwoliła im gwałtownie się rozmnażać i wypełniać różnorodne nisze ekologiczne.

Naukowcy podejrzewają również, iż bulwy pomogły wczesnym ziemniakom zróżnicować się w wiele nowych gatunków. – Wytworzenie bulwy dało ziemniakom ogromną przewagę w trudnych warunkach, napędzając eksplozję nowych gatunków i przyczyniając się do bogatej różnorodności ziemniaków, które widzimy i na których polegamy dzisiaj – powiedział Huang.

Naukowcy obliczyli, iż od czasu hybrydyzacji dzikie ziemniaki ewoluowały w nowe gatunki około 20 proc. szybciej niż pomidory i 36 proc. szybciej niż Etuberosum. – Hybrydyzacja nie tylko stworzyła nowy gatunek, zbudowała maszynę adaptacyjną – podkreślił Huang. – Następnym razem, gdy będziesz jadł ziemniaki, podziękuj pomidorowi – dodał.

Źródło: Cell Press, Science, fot. Yuxin Jia/ Pei Wang. Na zdjęciu gatunki ziemniaka z bulwami oraz bez.