Hybrider Ursprung erklärt die Entstehung von Kartoffeln

Untersuchungen haben ergeben, dass Kartoffeln aus einer Kreuzung stammen, die vor etwa 8 bis 9 Millionen Jahren stattfand. Die Studie verdeutlichte, dass Kartoffeln aus einer homoploiden Kreuzung zwischen den Vorfahren der Tomate und der Etuberosum entstanden. Diese genetische Kombination begünstigte die Entwicklung von Knollen, was eine schnelle Artenvielfalt und die Besetzung neuer ökologischer Nischen ermöglichte.

Für die Studie wurden 128 Genome von Kartoffel-, Tomaten- und Etuberosum-Arten analysiert. Die Forscher fanden deutliche Hinweise darauf, dass Kartoffelgenome hybride Merkmale aufweisen, die von den beiden Elternlinien stammen.

Diese Entdeckung erklärt spezifische biologische Eigenschaften der Kartoffel, wie beispielsweise die Entwicklung unterirdischer Knollen. Knollen sind wichtige Wasser- und Kohlenhydratspeicher, die es der Kartoffel ermöglicht haben, sich an anspruchsvollere Umgebungen anzupassen, insbesondere in den hochgelegenen Regionen der Anden.

Die Analyse ergab außerdem, dass bestimmte Gene, die abwechselnd von den Elternlinien vererbt werden, für die Fähigkeit der Kartoffel zur Knollenbildung verantwortlich sind. Ein Beispiel dafür ist das aus der Tomatenlinie stammende Gen SP6A, das für die Knollenbildung essentiell ist. Im Gegensatz dazu spielt auch das Gen IT1, das aus der Linie Etuberosum stammt, eine entscheidende Rolle bei diesem Prozess.

Die Bedeutung dieser Gene konnten Forscher in funktionellen Experimenten nachweisen. Labortests zeigten, dass das SP6A-Protein mit dem IT1-Protein interagiert, das in der reinen Etuberosum-Linie nicht vorkommt. Diese Interaktion ermöglichte die Bildung von Knollen und unterstreicht die Bedeutung dieser Hybridkombination für die Evolution der Kartoffel.

Weitere Gene wie DRN und CLF wiesen ebenfalls Hybridmutationen auf, die zur Knollenbildungsfähigkeit der Pflanzen beitrugen. Experimente zur Genomeditierung bestätigten die Funktion dieser Gene und zeigten signifikante Veränderungen in der Fähigkeit der modifizierten Pflanzen, normale Knollen zu entwickeln.

Durch die hybride genetische Kombination konnten Kartoffeln eine größere Vielfalt ökologischer Nischen besetzen als ihre ursprünglichen Abstammungslinien. Von Kartoffeln abstammende Arten sind heute in Lebensräumen mit großen Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen verbreitet, darunter auch im kalten Gebirgsklima der Anden. Diese für die ursprünglichen Abstammungslinien zuvor unzugänglichen Umgebungen konnten dank der durch die Knollenbildung ermöglichten Anpassung erschlossen werden.

Anhand von 107 mit der Kartoffel verwandten Wildarten zeigte die Studie, dass die Diversifizierungsrate dieser Hybridlinie höher war als der Durchschnitt der ursprünglichen Tomaten- und Etuberosum-Linien. Die Diversifizierung wurde durch die innovative Kombination von Genen vorangetrieben, die den Anpassungserfolg der Kartoffel ermöglichte.

Die Forschungsergebnisse legen nahe, dass dieses Hybridisierungsereignis vor Millionen von Jahren nicht nur für die Entstehung der Kartoffel, sondern auch für die erfolgreiche Ausbreitung der Art auf dem südamerikanischen Kontinent entscheidend war. Die Studie hat wichtige Auswirkungen auf das Verständnis der Evolution von Kulturpflanzen und unterstreicht die Rolle der Hybridisierung als grundlegenden Mechanismus in der Evolution und Anpassung von Pflanzenarten.

Weitere Informationen unter doi.org/10.1016/j.cell.2025.06.034