中国科学家惊人发现:土豆的妈妈是番茄
当你给薯条蘸上番茄酱时，可能不会想到，它俩的亲缘关系其实相当亲密。
7月31日，《细胞》在线发表了中国农业科学院深圳农业基因组研究所（岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心，以下简称基因组所）研究员黄三文团队联合中外科学家完成的成果。他们发现，大约900万年前，马铃薯从番茄的祖先进化而来。该研究系统揭示了茄属马铃薯组的杂交起源、薯块形成和辐射分化。
论文审稿人认为，这是古老种间杂交事件导致物种多样性快速形成的重要实例。对于全球第三大主粮作物马铃薯来说，这是一项激动人心的研究，展示了薯块如何由两个亲本谱系的等位基因组合形成，是杂交物种形成领域的新颖成果。
“这项研究是开创性的。”美国哈佛大学进化生物学教授James Mallet说，“它展示了杂交事件如何引发新器官的出现，甚至导致新物种的出现。”
亲缘关系扑朔迷离的茄属类群
实际上，马铃薯的果实和市场上备受欢迎的樱桃番茄长得很像。分类学家把茄科茄属中这两类植物分别划分到马铃薯组和番茄组。
茄属中还有一类植物的地上部分整体都像马铃薯，也能产生地下茎，但不会结出薯块，它们被划分到类马铃薯组。
“从形态学上看，类马铃薯组一度被认为是马铃薯的直接祖先，是‘不结薯的马铃薯’。”论文通讯作者黄三文告诉《中国科学报》，而分子系统发育学研究却发现，番茄组与马铃薯组的遗传距离更近。于是，三者的亲缘关系成了一个未解之谜。
2015年启动的“优薯计划”打算用二倍体育种替代四倍体育种，并用杂交种子替代传统的薯块繁殖，从而实现马铃薯产业的颠覆性创新。尽管黄三文团队已经培育出第一个二倍体概念品种“优薯1号”，但要实现“优薯计划”，必须解决杂交马铃薯的抗性问题。
“野生马铃薯是一个巨大的资源宝库，但人们对此研究不多。特别是马铃薯的起源问题，尚未解决。”论文第一作者、基因组所已毕业博士生张智洋在接受《中国科学报》采访时说，薯块作为无性繁殖和营养储存的核心器官，其形成机制是一个进化谜题。“在马铃薯物种的形成过程中，薯块是怎么来的？大家一直不清楚。”
而且，类马铃薯组只有3个种，都是生活在南美洲的野生物种。马铃薯组包含栽培马铃薯和107个野生种，番茄组包含栽培番茄和16个野生种。为何马铃薯组的物种数量明显比另外两个类群多、多样性更丰富？这些问题也令人费解。
2022年前，张智洋的主要研究对象是番茄，参与了番茄图泛基因组研究工作。至于为何转做马铃薯研究，他说“有一点偶然”。
那一年，他们团队在《自然》发表论文，首次解析了二倍体野生马铃薯的泛基因组，研究了野生和栽培马铃薯的基因组进化和多样性，找到了马铃薯结薯的关键基因IT1。
“马铃薯的IT1基因怎么和类马铃薯那么像呢？”这个问题在张智洋心里挥之不去。
一次组会上，张智洋例行汇报研究进展，他“偶然”提及了该异常现象。“会后，黄老师叫住了我，认为这可能是马铃薯杂交起源的证据，是一个必须深入研究的问题。”
“想要找到证据不那么容易，信号不明显。”黄三文说，他们决定“放大”——对栽培马铃薯及野生种的101份基因组和349份重测序数据进行分析，相当于给所有马铃薯个体做“DNA亲子鉴定”。
番茄是妈，类马铃薯是爸
物种的形成机制是生物学领域最吸引人的问题之一，也是最大的难题之一，达尔文称其为“谜中之谜”。
除了变异积累，杂交也被视为物种形成的一种重要机制。杂种物种形成是指两个亲本物种通过杂交方式融合，进而快速形成新物种的过程。不同于变异积累，杂交通过融合不同亲本的遗传信息，快速产生大量遗传组合，从而促进生态物种形成和适应性辐射进化。
越来越多的证据表明，杂交对于生物进化和物种大爆发的作用可能被低估了。
近年来，国内外研究人员发现这一现象广泛存在于植物、昆虫、鱼类及鸟类中。2003年至今，《科学》《自然》等杂志分别报道了10余例杂交起源的物种，包括金丝猴、黑熊、海豹、蝴蝶、核桃、板栗等。
值得一提的是，2016年，《自然》发表了一项对非洲维多利亚湖慈鲷的研究成果。基因组研究表明，湖中大约500种令人眼花缭乱的慈鲷在短短1.5万年间，通过不断杂交实现了快速进化。
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7月31日，《细胞》在线发表了中国农业科学院深圳农业基因组研究所（岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心，以下简称基因组所）研究员黄三文团队联合中外科学家完成的成果。他们发现，大约900万年前，马铃薯从番茄的祖先进化而来。该研究系统揭示了茄属马铃薯组的杂交起源、薯块形成和辐射分化。
论文审稿人认为，这是古老种间杂交事件导致物种多样性快速形成的重要实例。对于全球第三大主粮作物马铃薯来说，这是一项激动人心的研究，展示了薯块如何由两个亲本谱系的等位基因组合形成，是杂交物种形成领域的新颖成果。
“这项研究是开创性的。”美国哈佛大学进化生物学教授James Mallet说，“它展示了杂交事件如何引发新器官的出现，甚至导致新物种的出现。”
亲缘关系扑朔迷离的茄属类群
实际上，马铃薯的果实和市场上备受欢迎的樱桃番茄长得很像。分类学家把茄科茄属中这两类植物分别划分到马铃薯组和番茄组。
茄属中还有一类植物的地上部分整体都像马铃薯，也能产生地下茎，但不会结出薯块，它们被划分到类马铃薯组。
“从形态学上看，类马铃薯组一度被认为是马铃薯的直接祖先，是‘不结薯的马铃薯’。”论文通讯作者黄三文告诉《中国科学报》，而分子系统发育学研究却发现，番茄组与马铃薯组的遗传距离更近。于是，三者的亲缘关系成了一个未解之谜。
2015年启动的“优薯计划”打算用二倍体育种替代四倍体育种，并用杂交种子替代传统的薯块繁殖，从而实现马铃薯产业的颠覆性创新。尽管黄三文团队已经培育出第一个二倍体概念品种“优薯1号”，但要实现“优薯计划”，必须解决杂交马铃薯的抗性问题。
“野生马铃薯是一个巨大的资源宝库，但人们对此研究不多。特别是马铃薯的起源问题，尚未解决。”论文第一作者、基因组所已毕业博士生张智洋在接受《中国科学报》采访时说，薯块作为无性繁殖和营养储存的核心器官，其形成机制是一个进化谜题。“在马铃薯物种的形成过程中，薯块是怎么来的？大家一直不清楚。”
而且，类马铃薯组只有3个种，都是生活在南美洲的野生物种。马铃薯组包含栽培马铃薯和107个野生种，番茄组包含栽培番茄和16个野生种。为何马铃薯组的物种数量明显比另外两个类群多、多样性更丰富？这些问题也令人费解。
2022年前，张智洋的主要研究对象是番茄，参与了番茄图泛基因组研究工作。至于为何转做马铃薯研究，他说“有一点偶然”。
那一年，他们团队在《自然》发表论文，首次解析了二倍体野生马铃薯的泛基因组，研究了野生和栽培马铃薯的基因组进化和多样性，找到了马铃薯结薯的关键基因IT1。
“马铃薯的IT1基因怎么和类马铃薯那么像呢？”这个问题在张智洋心里挥之不去。
一次组会上，张智洋例行汇报研究进展，他“偶然”提及了该异常现象。“会后，黄老师叫住了我，认为这可能是马铃薯杂交起源的证据，是一个必须深入研究的问题。”
“想要找到证据不那么容易，信号不明显。”黄三文说，他们决定“放大”——对栽培马铃薯及野生种的101份基因组和349份重测序数据进行分析，相当于给所有马铃薯个体做“DNA亲子鉴定”。
番茄是妈，类马铃薯是爸
物种的形成机制是生物学领域最吸引人的问题之一，也是最大的难题之一，达尔文称其为“谜中之谜”。
除了变异积累，杂交也被视为物种形成的一种重要机制。杂种物种形成是指两个亲本物种通过杂交方式融合，进而快速形成新物种的过程。不同于变异积累，杂交通过融合不同亲本的遗传信息，快速产生大量遗传组合，从而促进生态物种形成和适应性辐射进化。
越来越多的证据表明，杂交对于生物进化和物种大爆发的作用可能被低估了。
近年来，国内外研究人员发现这一现象广泛存在于植物、昆虫、鱼类及鸟类中。2003年至今，《科学》《自然》等杂志分别报道了10余例杂交起源的物种，包括金丝猴、黑熊、海豹、蝴蝶、核桃、板栗等。
值得一提的是，2016年，《自然》发表了一项对非洲维多利亚湖慈鲷的研究成果。基因组研究表明，湖中大约500种令人眼花缭乱的慈鲷在短短1.5万年间，通过不断杂交实现了快速进化。
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