کشف ریشه‌های باستانی سیب‌زمینی: پیوند ۹ میلیون ساله گوجه‌فرنگی و اتوبرسوم

راز تکامل غده‌های سیب‌زمینی

غده‌ها، ساختارهای زیرزمینی برای ذخیره‌ی آب و مواد مغذی هستند که در گیاهانی مانند سیب‌زمینی یافت می‌شوند. این ویژگی، یک مزیت تکاملی بزرگ محسوب می‌شود و یکی از دلایل اصلی پراکندگی سیب‌زمینی در زیست‌بوم‌های گوناگون آمریکای جنوبی بوده است.

پیش از این، دانشمندان با تناقضی مواجه بودند: سیب‌زمینی از نظر ظاهری به سه گونه گیاه شیلیایی بی‌غده به نام اتوبرسوم (etuberosum) شباهت دارد، اما اتوبرسوم‌ها فاقد غده هستند. از سوی دیگر، تحلیل‌های ژنتیکی نشان می‌داد که سیب‌زمینی از نظر DNA به گوجه‌فرنگی، که آن هم غده ندارد، نزدیک‌تر است.

کشف نیاکان دورگه و ژن‌های کلیدی

برای حل این معما، پژوهشگران بیش از ۴۵۰ گونه سیب‌زمینی اهلی و ۵۶ گونه سیب‌زمینی وحشی را از سراسر آمریکای جنوبی بررسی کردند. نتایج نشان داد که تمامی سیب‌زمینی‌ها ترکیبی متعادل از DNA دو نیای متفاوت دارند که شواهدی روشن از خاستگاه دورگه این گیاه ارائه می‌دهد.

مدل‌سازی‌های جمعیتی حاکی از آن است که نیاکان گوجه‌فرنگی و اتوبرسوم حدود ۱۴ میلیون سال پیش از هم جدا شده‌اند و پیوند طبیعی آن‌ها ۹ میلیون سال پیش رخ داده است. بررسی‌های ژنومی دو ژن کلیدی را شناسایی کرد:

• ژن SP6A: از سوی گوجه‌فرنگی آمده و مسئول آغاز فرآیند غده‌سازی است.
• ژن IT1: از نیای اتوبرسوم گرفته شده و رشد ساقه‌های زیرزمینی را تنظیم می‌کند.

نبود هر یک از این دو ژن، توانایی تولید غده را از گیاه سلب می‌کند.

سازگاری با آند و گسترش سریع

همزمان با این تحول ژنتیکی، رشته‌کوه‌های آند نیز در حال شکل‌گیری بودند. شرایط سردتر و سخت‌تر کوهستانی، تولید بذر و گرده‌افشانی را دشوار می‌کرد. اما غده‌ها به گیاه امکان می‌دادند بدون نیاز به تولید بذر، از طریق تولیدمثل غیرجنسی زنده بماند و تکثیر شود. این ویژگی به سیب‌زمینی اجازه داد که به‌سرعت در مناطق مختلف پراکنده شود و در برابر سرما سازگار گردد. این امر به هیبرید اولیه کمک کرد تا خود را تثبیت و به‌سرعت گسترش دهد.

تکثیر غیرجنسی از طریق غده‌ها باعث شد ترکیب ژنی این گیاه تثبیت شود و گونه‌های جدید به‌سرعت پدید آیند. امروزه، خانواده سیب‌زمینی شامل ۱۰۷ گونه است که در زیستگاه‌های بسیار متنوعی رشد می‌کنند.

چالش‌ها و کاربردهای آینده

با این حال، پرسش‌هایی همچنان باقی مانده است؛ از جمله اینکه چگونه نیاکان سیب‌زمینی پس از این پیوند، توانایی تولید بذر (یعنی تولیدمثل جنسی) را دوباره به‌دست آوردند. از آنجا که این رویداد در گذشته‌ای بسیار دور، حدود ۹ میلیون سال پیش رخ داده و تبارهای امروزی گوجه‌فرنگی، سیب‌زمینی و اتوبرسوم تغییرات زیادی کرده‌اند، پاسخ‌دادن به این پرسش‌ها چالش‌برانگیز است.

دانشمندان در حال حاضر بر استفاده کاربردی از این یافته‌ها در اصلاح نژاد سیب‌زمینی تمرکز دارند. این موضوع یکی از موانع اصلی در رفع جهش‌های مضر در اصلاح ژنتیکی سنتی این گیاه است. اکنون با آگاهی از اینکه گوجه‌فرنگی یکی از نیاکان این گیاه است، شاید بتوان بر موانع موجود غلبه کرد و به بهبود و توسعه گونه‌های سیب‌زمینی کمک شایانی نمود.