Zinātnieki beidzot atklājuši kartupeļa ģenētisko izcelsmi

Pirms deviņiem miljoniem gadu augošo Andu kalnu ēnā piedzima mūsdienu iecienīto kartupeļu galvenais priekštecis. Tagad jauni pētījumi liecina, ka šis izšķirošais notikums, ka mēs ikdienā varam mieloties ar kartupeļu biezeni, ceptiem kartupeļiem, kartupeļu pankūkām, notika ar citu mums visiem labi zināmu dārzeni virtuvē – tomātu.

Jaunā pētījumā, kas publicēts žurnālā "Cell", ir izsekota mūsdienu kartupeļu ģenētiskā izcelsme. Rezultāti liecina, ka pirms astoņiem līdz deviņiem miljoniem gadu notika krustošanās starp senu tomātu radinieku un citu seno augu, kas izraisīja pirmā kartupeļa rašanos. Šī augu "romantika" rezultējās gēnu kombinācijā, kas izauga par biezu, cietes bagātu bumbuli — tā bija leģendārā kartupeļa, ko mēs visi pazīstam un mīlam, dzimšana.

Kā pētnieki izsekoja kartupeļu izcelsmi

Kartupeļi ir ne tikai garšīga sastāvdaļa mūsu iecienītākajos ēdienos, bet arī trešā svarīgākā kultūrauga pasaulē. Tos var audzēt, iestādot zemē daļu bumbuļa, kas izaug par citu augu — pirmā klonu, kas laika gaitā var uzkrāt nelabvēlīgas mutācijas.

Kartupeļi, kādus mēs pazīstam šodien, satur daudzas mutācijas, kas var padarīt augu jutīgāku. "Mēs vēlamies tās izskaust," saka genomu biologs no Lauksaimniecības genomikas institūta Šenženas pilsētā Ķīnā Sanvens Huangs, kurš piedalījās pētījumā. Viņa uzdevums ir izstrādāt jaunu hibrīdo kartupeļu šķirni, kurai ir mazāk nelabvēlīgu mutāciju un kuru var audzēt no sēklām, atšķirībā no mūsdienu kartupeļiem, kurus nevar audzēt no sēklām, raksta "National Geographic".

Ja vairāk kartupeļu tiktu audzēti no sēklām, zinātnieki varētu izskaust nelabvēlīgās mutācijas, kā arī slimību draudus, kam kloni ir pakļauti. Galu galā, neviens nevēlas atkārtot Īrijas kartupeļu badu.

Kartupeļi pieder pie augu ģints Solanum, kas ir tā pati ģints, kurā ietilpst tomāti, baklažāni un pipari. Tā ir "viena no ziedaugu ģintīm, kurā ir vairāk nekā 1000 sugu", skaidro Sandra Knapa, augu taksonomiste Londonas Dabas vēstures muzejā, kas piedalījās pētījumā.

Knapa ir ieinteresēta atrast saikni starp šīs ģints augiem, tāpēc viņa sadarbojās ar Huangu. "Viņš interesējas par kartupeļiem. Mēs interesējamies par Solanum," saka Knapa un paskaidro, "mēs sapratām, ka šeit ir kaut kas interesants."

Izmantojot pilnas genoma sekvences, Knapa un viņas kolēģi izveidoja ģimenes koku ar sešām kartupeļu sugām un salīdzināja to ar 21 citu Solanum sugu. Viņi salīdzināja arī citus 128 genomus, lai noskaidrotu, cik tuvu kartupeļu sugas ir saistītas ar citām sugām.

Kartupeļi, kā viņi parādīja, ir saistīti gan ar tomātu grupu, gan ar citu augu grupu, ko sauc par Etuberosum. "Tā ir neliela dzimta, kurā ir tikai trīs mazās sugas," saka Knapa.

Virszemē Etuberosum izskatās tieši kā kartupeļi, bet atšķirībā no mūsdienu kartupeļiem, senie un mūsdienu Etuberosum un tomāti nevar veidot bumbuļus.

Bet, kad senais tomāts un Etuberosum pirms daudziem gadiem krustojās, izveidojās hibrīda grupa, ko sauc par "Petota". Šī jauna grupa deva ceļu bumbuļiem.

Kartupeļi un zinātne

Bet ja senie tomāti un Etuberosum nespēja ražot garšīgus bumbuļus, kāpēc Petota to spēja? Zinātnieki atklāja, ka jaunā grupa bija mantojusi gēnu kombināciju no divām senajām augu grupām, kas ražoja spēcīgus bumbuļus. Piemēram, tomāti nodeva SP6A gēnu, kas aktivizē bumbuļošanos, tas ir tehniskais termins. Savukārt Etuberosum deva IT1, kas kontrolē bumbuļu augšanu.

Šis ģenētiskais sajaukums parādījās tieši īstajā brīdī. Tomātu augu grupa parasti dod priekšroku karstiem un sausiem apstākļiem, norāda Knapa, bet Etuberosum patīk auksts un mitrs klimats. Bet apmēram pirms 10 miljoniem gadu Andu kalnu grēda sāka pacelties Dienvidamerikas rietumu krastā.

Jaunās augstienes piedāvāja aukstus, bet arī sausus apstākļus. Petota enerģiju uzkrājošie bumbuļi "ļāva šiem jaunajiem augiem izplatīties šajās jaunajās vidēs Andu kalnos," skaidro Knapa.

Kartupeļu nākotne

Daudzos gadījumos hibridizācija nedod labus rezultātus, norāda Hārvarda Universitātes evolūcijas biologs Džeimss Malets, kurš nepiedalījās pētījumā.

"Nav labi tā sabojāt savus gēnus," viņš saka. Bet "reizēm rodas dīvainas gēnu kombinācijas, kas nevarētu attīstīties katrā ciltslīnijā – tas ir kā atkal mest kauliņus." Šīs jaunas kombinācijas varētu radīt lielas pārmaiņas, ja būtu jaunas dzīvotnes, kurās apmesties, iespējams, ļaujot rasties jaunām sugām.

Un tie patiešām parādījās. Šodien ir 107 savvaļas kartupeļu sugas.

Ole Seehausens, evolūcijas ekologs no Bernes Universitātes Šveicē, saka, ka šis pētījums ir pirmais gadījums, kad kāds ir parādījis svarīgu evolūcijas izgudrojumu — bumbuļu —, kas radies divu sugu hibridizācijas rezultātā. Viņš norāda, ka šie bumbuļi varētu būt palīdzējuši kartupeļiem izdzīvot pēc šīs ģenētiskās izmaiņas.

Reprodukcija tikai ar bumbuļiem ir saistīta ar slimību risku. Taču tas nozīmē arī to, ka jaunajai Petota šķirnei nebija nepieciešams nekavējoties pāroties, lai nodotu tālāk savu jauno ģenētisko kombināciju. Spēja klonēt sevi "ļauj hibrīdām šķirnēm, kas… patiešām nevar vairoties dzimumceļā, tomēr izdzīvot", viņš norāda, līdz tās atgūst auglību.

Huangs cer izmantot jaunas atziņas par tomātu un kartupeļu ceļu, lai potenciāli radītu veselīgākus kartupeļu augus. Viņš varētu izmantot tomātu augu kā platformu jauniem gēniem un atkārtoti ieviest tos kartupeļos, jo, kā viņš saka, "tomāti būtībā ir brīvi no kaitīgām mutācijām".

Galu galā viņš cer radīt kartupeļu sēklas – cilvēka veiktu hibridizāciju, lai palīdzētu mūsu iecienītajiem kartupeļiem atbrīvoties no kaitīgajām mutācijām.