CGM第539期：茄属马铃薯组的杂交起源与演化辐射
湖南大学 · 教授
男，现任湖南大学教授、“岳麓学者”、博士生导师。长期从事植物基因组学与作物遗传育种研究，研究工作以第一作者（含共一）发表在Cell（2025）、Nature（2022）等期刊上。具体成果如下： 1.马铃薯起源与演化：系统揭示了马铃薯组物种的杂交起源、块茎形成和辐射分化，是“优薯计划”的又一重大突破，并为物种形成机制和马铃薯育种提供了新的理论视角，相关成果于2025年发表于《细胞（Cell）》，并受到了同期Science、Nature、Cell期刊点评。 2.番茄复杂性状遗传解析：构建首个番茄图泛基因组，并绘制迄今最完整的番茄遗传变异图谱，结合多组学关联分析，找回了“丢失的遗传力”，助力番茄基因组育种。该研究是基因组研究领域的一项里程碑，为泛基因组促进作物育种提供了新的思路，相关成果于2022年发表于《自然（Nature）》，并先后入选《2022中国农业科学重大科学发现》和《2023中国农业科学重大进展》。
栽培马铃薯是最重要的块茎类粮食作物，为全球13亿人提供主食。相较于其他茄属近缘物种，马铃薯组内的栽培马铃薯及其107个野生种均具有特化的新器官——薯块，用于存储养分和无性繁殖。然而，马铃薯的物种起源、物种多样性形成、以及薯块性状背后的遗传机制尚缺乏深入研究。
在分类学上，马铃薯组和番茄组、类马铃薯组属于姊妹类群。在形态上，马铃薯和类马铃薯更加相似，一度曾认为类马铃薯是马铃薯的直接祖先，是不结薯的马铃薯。然而，分子进化学分析证明番茄和马铃薯更加相似。它们三者的进化关系是一个未解之谜。
研究团队通过进化基因组学和分子生物学等综合手段，揭示了马铃薯组起源于900万年前番茄组和类马铃薯组的两大祖先类群的古杂交事件。新器官薯块的形成是亲本来源的等位基因重新组合和交互调控的结果，诸如，薯块身份基因IT1继承自类马铃薯组，而结薯移动信号因子SP6A继承自番茄组，并新发现了与薯块功能相关的两个重要基因DRN和CLF。
研究还发现，马铃薯组内部物种仍约有24%的遗传组分随机固定了不同亲本的等位基因，呈现出亲本镶嵌的模式。这种“马赛克”的遗传组合进一步加速了马铃薯物种爆发式的辐射分化，并与亲本建立生殖隔离，表现出超强杂种优势和超级适应性。
该研究首次揭示了物种杂交可以产生新器官（薯块），丰富了进化学理论，也为马铃薯的育种改良提供了全新的思路。
参考文献
- 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, Sanwen Huang. Ancient hybridization underlies tuberization and radiation of the potato lineage. Cell. 2025;188(19):5249-5265.e15. DOI: 10.1016/j.cell.2025.06.034
- Yao Zhou, Zhiyang Zhang, Zhigui Bao, Hongbo Li, Yaqing Lyu, Yanjun Zan, Yaoyao Wu, Lin Cheng, Yuhan Fang, Kun Wu, Jinzhe Zhang, Hongjun Lyu, Tao Lin, Qiang Gao, Surya Saha, Lukas Mueller, Zhangjun Fei, Thomas Städler, Shizhong Xu, Zhiwu Zhang, Doug Speed, Sanwen Huang. Graph pangenome captures missing heritability and empowers tomato breeding. Nature. 2022;606(7914):527-534. DOI: 10.1038/s41586-022-04808-9
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