Autorzy badania opublikowanego w czasopiśmie „Cell” (DOI 10.1016/j.cell.2025.06.034) sugerują, że powstanie bulwy – powiększonej podziemnej struktury magazynującej składniki odżywcze, występującej w roślinach takich jak ziemniaki, pochrzyny (jamy) i taro, było wynikiem pewnego pradawnego zdarzenia ewolucyjnego.

- Nasze odkrycia pokazują, w jaki sposób epizod hybrydyzacji między gatunkami może zapoczątkować ewolucję nowych cech, umożliwiając powstawanie kolejnych gatunków – mówi współautor badania, Sanwen Huang z Chińskiej Akademii Nauk Rolniczych. - W końcu rozwiązaliśmy zagadkę pochodzenia ziemniaków.

Ziemniak to jedna z najważniejszych roślin uprawnych na świecie, ale jego geneza stanowiła zagadkę. Z wyglądu współczesny ziemniak jest niemal identyczny, jak trzy podobne gatunki z Chile, zwane Etuberosum, jednak rośliny te nie wytwarzają bulw.

Aby wyjaśnić ten paradoks, badawcze przeanalizowali 450 genomów uprawianych ziemniaków oraz 56 dzikich gatunków ziemniaka.

- Bardzo trudno jest pobierać próbki dzikich ziemniaków, więc ten zbiór danych stanowi najobszerniejszą kolekcję genomów danych dzikich ziemniaków, jaką kiedykolwiek przeanalizowano – mówi pierwszy autor publikacji, Zhiyang Zhang.

Naukowcy odkryli, że każdy gatunek ziemniaka zawiera stabilną, zrównoważoną mieszankę materiału genetycznego, pochodzącą zarówno od roślin z rodzaju Etuberosum, jak i od pomidorów. Sugeruje to, że ziemniaki powstały w wyniku pradawnej hybrydyzacji tych dwóch roślin.

Choć Etuberosum i pomidory to odrębne gatunki, to - jak wyjaśniają naukowcy - około 14 milionów lat temu miały wspólnego przodka. Nawet po ok. 5 milionach lat ewolucyjnego rozdzielenia były w stanie się krzyżować, dając początek najwcześniejszym roślinom ziemniaka z bulwami.

Badacze prześledzili również pochodzenie kluczowych genów odpowiedzialnych za tworzenie bulw w ziemniakach. Okazały się one być kombinacją materiału genetycznego pochodzącego od obu roślinnych „rodziców”. Odkryto np., że gen SP6A, działający jak główny przełącznik informujący roślinę, kiedy zacząć wytwarzać bulwy, pochodzi od pomidora. Z kolei inny ważny gen - IT1, który pomaga kontrolować wzrost tworzących bulwy podziemnych łodyg, pochodzi od Etuberosum.

Bez żadnego z tych elementów hybrydowe potomstwo nie byłoby zdolne do wytwarzania bulw – podkreślają eksperci. Dodają, że opisana przez nich ewolucyjna innowacja zbiegła się w czasie z gwałtownym wypiętrzaniem się Andów – okresem, w którym powstawały nowe ekologiczne środowiska.

Dzięki bulwie magazynującej składniki odżywcze pod ziemią wczesne ziemniaki mogły się szybko dostosować do zmieniających się warunków i przetrwać surowe warunki pogodowe, panujące w górach.

Bulwy dają zimniakom jeszcze jedną kolosalną przewagę - pozwalają się im rozmnażać bez nasion i zapylania: nowe rośliny wyrastają po prostu z pąków na bulwie. Ta cecha umożliwiła ziemniakom szybkie rozprzestrzenianie się i zasiedlanie różnorodnych nisz ekologicznych - od łagodnych łąk aż po wysokie i zimne tereny w Ameryce Środkowej i Południowej.

- Wyewoluowanie bulwy dało ziemniakom ogromną przewagę w surowych warunkach środowiskowych, napędzając gwałtowny rozwój nowych gatunków i przyczyniając się do bogatej różnorodności ziemniaków, na których dziś polegamy - podkreśla prof. Huang.

Marek Matacz (PAP)

mat/ zan/