2024年6月，《余杭時報》報道了一件有趣的新聞：家住杭州的沈先生發(fā)現(xiàn)，自家菜地里的土豆藤上，竟然結(jié)出了像小番茄一樣的翠綠色果實。不過，這并非什么農(nóng)業(yè)奇跡，而是土豆自然結(jié)出的種子果實。

這個看似偶然的現(xiàn)象，卻悄然揭示了一個埋藏千萬年的秘密：我們餐桌上最常見的土豆和番茄，其實有著意想不到的“親緣關(guān)系”。這并不是信口開河，而是農(nóng)科院的專家于今年7月在國際頂級期刊《Cell》上發(fā)表了一項顛覆性研究所得出的結(jié)論。

土豆身世揭秘

土豆和番茄，一個生在土里，是扎實的主食；一個掛在枝頭，是多汁的果蔬。這兩者怎么看都是風(fēng)馬牛不相及。在過去，科學(xué)家們也普遍認(rèn)為，馬鈴薯的直系祖先是 “類馬鈴薯”的野生植物，因為它們的植株地上部分長得非常相像。

不過，從基因上來看，馬鈴薯和番茄類植物的遺傳關(guān)系卻更近，反而離類馬鈴薯又較遠(yuǎn)。為了弄清馬鈴薯真正的“祖宗”，我國農(nóng)科院深圳農(nóng)業(yè)基因組的黃三文攜團(tuán)隊，開展了一項規(guī)模宏大的“基因?qū)びH”工作。

他們對全球101份馬鈴薯樣本，15份番茄樣本以及9份類馬鈴薯樣本進(jìn)行了全基因組測序和深度比對。分析結(jié)果顯示：所有現(xiàn)代馬鈴薯基因組，都穩(wěn)定包含大約40%源自番茄祖先和60%源自類馬鈴薯祖先的遺傳成分。

這表明，現(xiàn)代馬鈴薯，并非由某個祖先單獨演化而來，而是一個“混血種”。通過進(jìn)一步追溯細(xì)胞器質(zhì)中遺傳自母本的基因，團(tuán)隊最終確定了這場雜交的“父母”身份：母本來自番茄譜系，父本來自類馬鈴薯譜系。而這場雜交分化，大約發(fā)生在800-900萬年前。

類馬鈴薯的植物自己是不會長“土豆”的，即結(jié)塊莖。而“子代”所擁有的這項能力，正是來自“母親”番茄的SP6A基因。正是這個基因，給生物體發(fā)出了儲存能量的信號；而來自“父親”類馬鈴薯的IT1基因，則確保了最終的發(fā)育部位，即地下塊莖。

這兩個基因以及其他如DRN，CLF等基因的巧妙結(jié)合與協(xié)作，造就了我們現(xiàn)在餐桌上吃到的土豆。

茄科家族史詩

包括番茄和馬鈴薯在內(nèi)，我們許多熟悉蔬菜或者經(jīng)濟(jì)作物，都來自一個古老的植物家族：茄科。這個家族中包括茄子，辣椒，枸杞和煙草，它們都和番茄土豆有著或遠(yuǎn)或近的親緣關(guān)系。這個家族的演化史，就像一部波瀾壯闊的史詩。

大約在2500萬年前，枸杞的祖先最早從茄科家族中脫落，選擇扎根干旱環(huán)境，逐漸演化成灌木；到了1900萬年前，辣椒的祖先演化出秘密化學(xué)武器：辣椒素。這種辣味物質(zhì)能阻止哺乳動物啃食，同時吸引沒有辣椒素受體的鳥類來傳播種子。

番茄和類馬鈴薯的共同祖先，則是在約1200萬年前分道揚(yáng)鑣。但在約800–900萬年前，已經(jīng)分開約400萬年的兩支植物，卻在南美洲安第斯山脈地區(qū)再次相遇，現(xiàn)代馬鈴薯的祖先也由此誕生。

這場雜交的發(fā)生，與環(huán)境的選擇壓力密不可分。作為“父本”的類馬鈴薯，原本適應(yīng)南美洲南部濕冷氣候，雖然長有地下莖，卻并未膨大形成塊莖。而作為“母本”的番茄，則適應(yīng)低海拔溫暖地區(qū)，專注于結(jié)出多汁的果實，依靠鳥類傳播種子。

當(dāng)時，安第斯山脈正處于劇烈抬升期，新的山地環(huán)境寒冷干燥、生長季短。在這種壓力下，能夠儲存養(yǎng)分和水分的地下塊莖成了生存的關(guān)鍵。這一創(chuàng)新不僅讓馬鈴薯能夠熬過惡劣時節(jié)，還通過無性繁殖來迅速擴(kuò)張，最終演化出100多個物種，適應(yīng)了多樣化的生態(tài)環(huán)境。

雜交育種新途

前幾年，英國有個小伙保羅可不得了，他通過嫁接技術(shù)，培育出了能“上能結(jié)番茄，下能長土豆”的奇妙植物 “番土豆”。然而，這畢竟只是“嫁接”，并非真正雜交，兩者基因并未融合。而且這種嫁接無法通過種子穩(wěn)定遺傳，需要代代重新嫁接，難以大規(guī)模推廣應(yīng)用。

不過，這樣的奇妙構(gòu)思，也恰恰凸顯了我國科學(xué)家這項發(fā)現(xiàn)的深遠(yuǎn)價值。從某種程度上，它為我們指明了培育更好作物的新方向。

既然馬鈴薯是番茄和類馬鈴薯雜交的產(chǎn)物，并且主導(dǎo)塊莖形成的基因SP6A和IT1都已被揭示，那么今天的科學(xué)家可以們就可以有目的地從野生番茄和類馬鈴薯資源庫中，尋找那些被現(xiàn)代栽培品種遺失的優(yōu)異基因。

比如那些抗病，抗寒，耐旱或耐儲存的性狀，通過育種技術(shù)，培育出更加強(qiáng)健，高產(chǎn)且適應(yīng)性強(qiáng)的新品種。但人們更感興趣的，還是能否直接培育出真正的“番土豆”，即一種既能結(jié)番茄，又能生土豆的新作物。

雖然經(jīng)過千萬年的分化，番茄和馬鈴薯已成為生殖隔離嚴(yán)重的不同物種，自然雜交困難重重。但分子生物學(xué)也在不斷進(jìn)步，我們能否利用基因編輯類技術(shù)，精準(zhǔn)地模擬發(fā)生在900萬年前兩者自然雜交過程，從而創(chuàng)造出全新的作物類型？

這或許比直接雜交更為可行。未來的農(nóng)業(yè)圖景中，我們或許不僅能看到高產(chǎn)且營養(yǎng)更加均衡的“超級土豆”，甚至還有可能通過基因設(shè)計與編輯，培育出前所未有的全新作物，大幅提升土地產(chǎn)出效率，保障糧食安全。

結(jié)尾

這項研究的意義遠(yuǎn)不止是給土豆“認(rèn)祖歸宗”這么簡單。它向我們展示了自然選擇與基因演化的精密，在環(huán)境劇變的壓力下，兩個原本獨立的物種通過雜交，竟創(chuàng)造出養(yǎng)活后世無數(shù)人的糧食作物。

科學(xué)就是如此，一邊解答舊的問題，一邊帶來新的可能。而這一切，都源自于一份持續(xù)追問，嚴(yán)謹(jǐn)求證的科學(xué)精神，正是這樣的堅持，讓我們腳下的土地，終將生長出更美好的希望。