马铃薯是全球第四大主粮作物，但其演化起源长期成谜——现代马铃薯植株在形态上与智利三种不结块茎的“埃图贝罗苏姆”（Etuberosum）极为相似，但遗传学证据却显示它与番茄亲缘更近。 中国农业科学院农业基因组研究所黄三文团队在 Cell 发表的研究，通过分析450个栽培品种与56个野生种的基因组数据，最终揭示：约900万年前，安第斯山脉快速抬升期间，番茄祖先与埃图贝罗苏姆发生了一次稀有的天然杂交事件。杂交后代整合了来自番茄的SP6A基因（块茎形成的“主开关”）与来自埃图贝罗苏姆的IT1基因（控制地下匍匐茎生长），从而获得了块茎（tuber） 这一革命性性状。块茎使马铃薯能在地下储存营养、无性繁殖、耐受恶劣环境，促成了其后快速物种辐射，并最终成为人类文明的关键作物。
马铃薯的“身份谜题”
茄科（Solanaceae）包含番茄、马铃薯、辣椒、烟草等重要作物。演化树显示，番茄与马铃薯约在1400万年前拥有共同祖先。此后，马铃薯谱系分化为两支：一支发展为埃图贝罗苏姆（三种智利物种，不结块茎），另一支发展为结块茎的马铃薯。令人困惑的是，埃图贝罗苏姆与马铃薯形态相似，但遗传上马铃薯却与番茄更接近——暗示马铃薯可能是“混合体”。
基因组证据：稳定的杂交基因组
研究团队构建了迄今最全面的野生马铃薯基因组数据集（450个栽培种+56个野生种）。分析发现：
-
所有马铃薯物种的基因组中，均含有来自埃图贝罗苏姆与番茄祖先的稳定、等比例的遗传成分；
-
这一比例约为50:50，且在不同马铃薯物种中高度保守，表明是一次单一古老杂交事件的产物，而非多次杂交；
-
杂交发生时间约在900万年前，即两个亲本谱系分化约500万年后（仍具交配亲和性）。
块茎形成的关键基因：双亲缺一不可
研究团队通过关联分析与功能验证，明确了两个核心块茎基因的来源：
-
SP6A（来自番茄祖先）
-
功能：整合光周期信号，作为“主开关”在短日照条件下启动块茎形成；
-
来源：从番茄谱系继承。
-
-
IT1（来自埃图贝罗苏姆）
-
功能：调控地下匍匐茎（stolon）的顶端分生组织膨大，为块茎发育提供结构基础；
-
来源：从埃图贝罗苏姆谱系继承。
-
关键发现：两个基因必须同时存在，才能形成正常块茎。缺失任何一个，杂交后代即无法产生块茎——这解释了为何只有特定的杂交组合才能诞生马铃薯。
安第斯抬升：生态机遇与物种辐射
杂交事件发生的时间，恰好与安第斯山脉快速抬升（约1000-700万年前）重叠。山脉隆起创造了多样化的垂直生态带（从低地草原到高寒草甸），新形成的块茎性状赋予早期马铃薯巨大优势：
-
营养储存：块茎储存淀粉等能量，帮助植物度过干旱、霜冻或休眠期；
-
无性繁殖：块茎可通过芽直接萌发为新的植株，无需依赖种子萌发的苛刻条件；
-
快速殖民：单个块茎即可扩散至新环境，加速物种形成。
块茎性状驱动了马铃薯谱系的“爆发式”物种辐射，形成了现代丰富的野生马铃薯多样性（目前已知约150种）。
演化与农业意义
-
杂交驱动创新：该研究展示了杂交如何整合来自不同谱系的关键基因，创造出全新的适应性性状——这是达尔文时代以来“杂交与自然选择”理论的生动例证。
-
作物驯化启示：现代马铃薯育种中，SP6A与IT1等关键基因的变异仍在调控块茎产量与适应性，理解其起源有助于精准设计新种质。
-
保护生物多样性：野生马铃薯种质资源（包括埃图贝罗苏姆）蕴含的遗传多样性，是应对气候变化、病害威胁的重要种质库。
未来方向
-
探究其他茄科作物（如茄子、辣椒）是否也存在类似杂交起源；
-
利用祖先基因组信息，改良现代马铃薯的光周期适应性（如培育可在长日照地区高效结薯的品种）；
-
保护安第斯地区野生马铃薯栖息地，防止关键祖先种质的丧失。
参考信息
Reference: “Ancient hybridization underlies tuberization and radiation of the potato lineage” by Zhiyang Zhang, Pingxian Zhang, Yiyuan Ding, Zefu Wang, Zhaoxu Ma, Edeline Gagnon, Yuxin Jia, Lin Cheng, Zhigui Bao, Zinan Liu, Yaoyao Wu, Yong Hu, Qun Lian, Weichao Lin, Nan Wang, Keyi Ye, Hongru Wang, Jinzhe Zhang, Yongfeng Zhou, Liang Liu, Suhua Li, William J. Lucas, Tiina Särkinen, Sandra Knapp, Loren H. Rieseberg, Jianquan Liu and Sanwen Huang, 31 July 2025, Cell.
DOI: 10.1016/j.cell.2025.06.034