La pomme de terre provenait d'un mashup surprenant.
Les spuds sont un aliment fondamental et délicieux pour des millions dans le monde, mais leur origine et leur évolution sont depuis longtemps un mystère scientifique. Plus non plus, disent les scientifiques.
Le légume féculeux a émergé il y a 9 millions d'années dans les montagnes de la formation des Andes – le résultat d'une croix naturelle entre une ancienne plante de tomate et des espèces de pomme de terre qui manquaient des bits de tige engorgés que nous appelons les tubercules. Cette ancienne croix a donné naissance à des tubercules, qui ont été hérités de toute la lignée de pommes de terre, y compris ses 180 espèces sauvages et les milliers de variétés cultivées, les chercheurs rapportent le 31 juillet en Cellule.
La pomme de terre cultivée, Solanum Tuberosumest l'une des cultures de base les plus importantes au monde. Les scientifiques savaient que les pommes de terre étaient liées à une petite famille de plantes sud-américaines appelées Solanum Etuberosumqui ressemble physiquement à des plantes de pommes de terre mais ne peuvent pas former des tubercules. La génétique montre que les pommes de terre sont également étroitement liées aux tomates. Mais les scientifiques pensaient que les espèces étaient comme des cousins éloignés, partageant un ancêtre commun avec la pomme de terre. Tous les trois appartiennent à la grande famille Solanaceae, qui comprend des plantes agricoles communes telles que les poivrons, les aubergines et le tabac. Au lieu de cela, ces deux espèces s'établissaient, donnant naissance à la lignée de pommes de terre, ont trouvé les scientifiques.
Pour décoller le mystère de l'origine de la pomme de terre, les chercheurs ont analysé les génomes de dizaines de variétés de pommes de terre cultivées et de leurs parents sauvages. Chaque espèce de pomme de terre possède une composition génétique mixte, avec environ la moitié de ses informations génétiques de la lignée de tomates et la moitié de la lignée de pommes de terre sans tubercule, a trouvé l'équipe. Cette signature cohérente suggère que les pommes de terre sont originaires de passage hybride unique entre ces deux groupes, explique Sandra Knapp, botaniste au Natural History Museum de Londres.
«En créant cette progéniture hybride, diverses familles de gènes se sont réunies et ont interagi pour permettre la création de tubercules», explique Knapp.
Un gène appelé SP6Aconnu dans les études précédentes comme un changement principal pour l'initiation des tubercules, est venue du côté tomate. Un autre gène appelé It1essentiel à la croissance des tiges souterraines qui forment des tubercules, provenant du S. Etuberosum lignée. Des expériences ont confirmé que sans le It1 gène, les tubercules étaient extrêmement petits et sans le SP6A Gene, pas de tubercules formés du tout.
«La façon dont la conjonction de ces gènes a conduit à la fabrication de pommes de terre n'est pas entièrement expliquée dans cet article», explique le biologiste des plantes Salomé Prat au Center for Research in Agricultural Genomics à Barcelone, qui n'a pas été impliqué dans le nouveau travail. Le simple fait de montrer que ces gènes ont été hérités après l'hybridation pourrait ne pas suffire pour montrer que les tubercules sont apparus immédiatement, dit-elle. « L'histoire est beaucoup plus compliquée. »
Malgré cela, la capacité de former de nouveaux organes complexes après l'hybridation montre que la spéciation hybride est un puissant moteur d'évolution. Les nouveaux hybrides sont souvent stériles en raison d'incompatibilités génétiques. Mais les tubercules, qui stockent l'eau et les nutriments, peuvent germer de nouvelles plantes à partir du sol s'ils sont enterrés, aucune pollinisation ni graines nécessaires. Cela peut acheter le temps nécessaire pour rééviter la reproduction sexuelle. Ces traits ont peut-être donné aux pommes de terre un avantage alors que les Andes ont commencé à émerger il y a environ 6 millions à 10 millions d'années.
L'ouverture de nouveaux habitats andins aurait pu entraîner une diversification explosive de la pomme de terre, qui a une tolérance écologique plus large que sa tomate ou S. Etuberosum ancêtres. Alors que les tomates préfèrent les conditions sèches et chaudes et S. Etuberosum prospère dans des environnements froids et humides, les pommes de terre ont hérité d'une combinaison de traits qui leur ont permis de prospérer dans des zones froides et sèches, obtenant efficacement «le meilleur des deux mondes», dit Knapp.
La plupart des 180 espèces de pommes de terre sauvage qui ont émergé sont non comestibles en raison de l'amertume ou de la toxicité. Mais il y a environ 20 000 ans, les habitants indigènes des Andes ont découvert une savoureux espèce de pomme de terre sauvage et en ont tiré un grand nombre de variétés. Les explorateurs espagnols ont ensuite apporté plusieurs de ces variétés en Europe, conduisant à la propagation mondiale de la pomme de terre en tant que nourriture de base.
Une sélection humaine plus récente pour des traits tels que le rendement élevé ou la résistance aux agents pathogènes a réduit par inadvertance la variabilité génétique des pommes de terre cultivées, réduisant leur adaptabilité et les rendant vulnérables à la chaleur extrême, aux inondations et à d'autres facteurs environnementaux.
Identifier les contributions génomiques ancestrales de la tomate et S. Etuberosum Ouvre de nouvelles avenues pour rendre la pomme de terre plus résiliente. Les scientifiques peuvent désormais rechercher des traits bénéfiques perdus et les réintroduire par le biais de génie traditionnelle de reproduction ou de génétique, construisant des variétés de pommes de terre plus robustes et adaptables, dit Knapp.
