سیب زمینی چیست؟ نتیجه درهم‌آمیختن گوجه‌ای ۹ میلیون ساله با گیاهی دیگر

براساس پژوهشی جدید، سیب‌زمینی حدود ۹ میلیون سال پیش در کوه‌های در حال شکل‌گیری آند در آمریکای جنوبی از ترکیب طبیعی دو گیاه متفاوت به‌وجود آمد: یک نوع گوجه‌فرنگی باستانی و گیاهی شبیه سیب‌زمینی که توانایی تولید غده نداشت. این ترکیب ژنتیکی نادر باعث شد غده‌های زیرزمینی شکل بگیرند و این ویژگی‌ بعدها به همه گونه‌های سیب‌زمینی (حدود ۱۸۰ گونه وحشی و هزاران گونه پرورشی) منتقل شد.

سیب‌زمینی پرورشی با نام علمی Solanum tuberosum یکی از مهم‌ترین محصولات غذایی جهان است. پیش‌تر دانشمندان می‌دانستند این گیاه به گروه کوچکی از گیاهان بومی آمریکای جنوبی به نام Solanum etuberosum نزدیک است. این گیاهان ظاهرشان شبیه سیب‌زمینی است اما غده تولید نمی‌کنند. همچنین مشخص شده بود سیب‌زمینی از نظر ژنتیکی به گوجه‌فرنگی نیز شباهت دارد؛ اما تصور می‌شد این شباهت در حد داشتن اجداد مشترک دور است. در پژوهش تازه مشخص شد سیب‌زمینی از تلاقی مستقیم نوعی گوجه‌فرنگی و سولانوم ایتوبرسوم به وجود آمده است.

پژوهشگران ژنوم چندین گونه سیب‌زمینی پرورشی و وحشی را تحلیل کردند. آن‌ها دریافتند که همه گونه‌های سیب‌زمینی ساختار ژنتیکی ترکیبی دارند؛ یعنی نیمی از ژنوم آن‌ها از گوجه فرنگی و نیمی از سولانوم ایتوبرسوم منشا گرفته است. این موضوع نشان می‌دهد احتمالا فقط یک بار در گذشته این تلاقی ژنتیکی رخ داده است و تمام گونه‌های امروزی از همان ترکیب به وجود آمده‌اند.

در تلاقی ژنتیکی میان گوجه‌فرنگی باستانی و سولانوم ایتوبرسوم، خانواده‌های مختلف ژنی با هم ترکیب شدند و توانایی ساخت غده را ایجاد کردند. برای مثال، ژن SP6A که فعال‌کننده فرایند غده‌سازی است، از طرف گوجه‌فرنگی به ارث رسیده است. در مقابل، ژن ضروری برای رشد ساقه‌های زیرزمینی به نام IT1 (که غده‌ها را شکل می‌دهند)، از طرف سولانوم ایتوبرسوم آمده است. آزمایش‌ها نشان داد که بدون ژن IT1 غده‌ها بسیار کوچک می‌شوند و بدون ژن SP6A اصلاً غده‌ای تشکیل نمی‌شود.

پیدایش اندام‌های پیچیده جدید پس از تلاقی دو گونه، نشان می‌دهد که گونه‌زایی ترکیبی می‌تواند نیرویی قوی در تکامل باشد. معمولاً هیبریدها (فرزندان حاصل از تلاقی) به دلیل ناسازگاری ژنتیکی نابارور هستند. اما سیب‌زمینی‌ها به لطف غده‌هایشان می‌توانند بدون نیاز به بذر یا گرده‌افشانی، از زیر خاک رشد کنند. این ویژگی به آن‌ها زمان داده تا دوباره تولید جنسی را توسعه دهند و این مزیت بزرگی در محیط‌های جدید مانند کوه‌های آند بوده است.

همچنین، ترکیب ویژگی‌های اجداد سیب‌زمینی باعث شده است این گیاه در طیف گسترده‌تری از شرایط آب‌وهوایی زنده بماند. در حالی‌که گیاهان گوجه‌فرنگی‌ آب‌وهوای گرم و خشک را می‌پسندند و سولانوم ایتوبرسوم در محیط‌های سرد و مرطوب رشد می‌کند، گیاهان سیب‌زمینی‌ ویژگی‌های هر دو را به ارث برده‌اند.

بیشترِ ۱۸۰ نوع سیب‌زمینی وحشی که به‌وجود آمده‌اند، به‌دلیل تلخی یا سمی بودن، قابل خوردن نیستند. اما حدود ۲۰ هزار سال پیش، ساکنان بومی آند گونه‌ای خوشمزه را کشف کردند و با پرورش آن، هزاران نوع سیب‌زمینی به وجود آوردند. سپس در قرون بعد، کاشفان اسپانیایی برخی از این گونه‌ها را به اروپا بردند و از آن‌جا سیب‌زمینی به سراسر جهان گسترش یافت.

با‌این‌حال، انتخاب‌های انسانی برای افزایش محصول یا مقاومت به بیماری‌ها باعث کاهش تنوع ژنتیکی سیب‌زمینی‌های امروزی شده است و آن‌ها را دربرابر گرما، سیل و سایر تهدیدهای محیطی آسیب‌پذیر کرده است.

شناخت ریشه‌های ژنتیکی سیب‌زمینی از گوجه‌فرنگی و سولانوم ایتوبرسوم می‌تواند راهی برای افزایش مقاومت این گیاه باز کند. پژوهشگران می‌توانند ویژگی‌های مفید از دست‌رفته را دوباره از طریق اصلاح نژاد یا مهندسی ژنتیک وارد کنند و سیب‌زمینی‌های قوی‌تر و سازگارتر با شرایط جدید بسازند.

نتایج پژوهش در مجله Cell منتشر شده است.