Nghiên cứu mới cho biết giống khoai tây hiện nay có nguồn gốc từ lai tạo cùng với cây cà chua cách đây 9 triệu năm

Các loài khoai tây có củ (Hình bên phải) và không có củ (Hình bên trái) . Nguồn: Yuxin Jia và Pei Wang.

Một nhóm nghiên cứu quốc tế đã phát hiện ra rằng sự giao phối tự nhiên giữa cây cà chua và các loài giống như khoai tây từ Nam Mỹ khoảng 9 triệu năm trước đã tạo ra giống khoai tây hiện đại.

Trong một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Cell, các nhà nghiên cứu cho rằng sự kiện tiến hóa cổ xưa này đã kích hoạt sự hình thành củ, cấu trúc ngầm mở rộng lưu trữ các chất dinh dưỡng có trong các loại thực vật như khoai tây, khoai mỡ và khoai môn.

"Những phát hiện của chúng tôi cho thấy sự lai tạo giữa các loài có thể khơi mào cho sự tiến hóa của những đặc điểm mới, cho phép nhiều loài hơn nữa xuất hiện", tác giả chính Sanwen Huang thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Nông nghiệp Trung Quốc, cho biết. "Cuối cùng chúng tôi đã giải đáp được bí ẩn về nguồn gốc của khoai tây".

Là một trong những cây trồng quan trọng nhất thế giới, nguồn gốc của khoai tây từ lâu đã làm đau đầu các nhà khoa học. Về ngoại hình, cây khoai tây hiện đại gần như giống hệt ba loài giống khoai tây ở Chile có tên là Etuberosum. Tuy nhiên, những loài cây này không có củ. Dựa trên phân tích phát sinh loài, cây khoai tây có quan hệ họ hàng gần hơn với cây cà chua.

Để giải quyết mâu thuẫn này, nhóm nghiên cứu đã phân tích 450 bộ gen từ khoai tây trồng và 56 loài khoai tây hoang dã.

"Khoai tây dại rất khó lấy mẫu, vì vậy tập dữ liệu này đại diện cho bộ dữ liệu bộ gen khoai tây dại toàn diện nhất từng được phân tích", tác giả chính của bài báo là Zhiyang Zhang thuộc Viện Di truyền học Nông nghiệp tại Thâm Quyến, Viện Hàn lâm Khoa học Nông nghiệp Trung Quốc cho biết.

Họ phát hiện ra rằng mỗi loài khoai tây đều chứa hỗn hợp vật liệu di truyền cân bằng, ổn định từ cả cây Etuberosum và cây cà chua, điều này cho thấy khoai tây có nguồn gốc từ quá trình lai tạo cổ xưa giữa hai loài này.

Mặc dù Etuberosum và cà chua là hai loài riêng biệt, chúng có chung tổ tiên khoảng 14 triệu năm trước. Ngay cả sau khi phân tách khoảng 5 triệu năm, chúng vẫn có thể giao phối với nhau và tạo ra những cây khoai tây có củ sớm nhất vào khoảng 9 triệu năm trước.

Nhóm nghiên cứu cũng đã lần ra nguồn gốc của các gen hình thành củ chính của khoai tây, vốn là sự kết hợp vật liệu di truyền từ cả hai giống bố mẹ. Họ phát hiện ra gen SP6A, hoạt động như một công tắc chính cho cây biết khi nào bắt đầu hình thành củ, đến từ họ cà chua. Một gen quan trọng khác, gọi là IT1, giúp kiểm soát sự phát triển của thân ngầm hình thành củ, đến từ họ Etuberosum. Nếu thiếu một trong hai gen này, thế hệ lai sẽ không thể tạo ra củ.

Sự đổi mới tiến hóa này trùng hợp với quá trình nâng cao nhanh chóng của dãy núi Andes, thời kỳ mà các môi trường sinh thái mới đang hình thành. Với củ chứa chất dinh dưỡng dưới đất, khoai tây thời kỳ đầu có thể nhanh chóng thích nghi với môi trường thay đổi, sống sót qua thời tiết khắc nghiệt trên núi.

Củ khoai tây cũng cho phép cây khoai tây sinh sản mà không cần hạt hay thụ phấn. Chúng mọc cây mới chỉ bằng cách nảy mầm từ chồi trên củ. Đặc điểm này cho phép chúng nhanh chóng mở rộng và lấp đầy các hốc sinh thái đa dạng, từ đồng cỏ ôn đới đến đồng cỏ núi cao lạnh giá ở Trung và Nam Mỹ.

Huang cho biết: "Việc tiến hóa thành củ đã mang lại cho khoai tây một lợi thế to lớn trong môi trường khắc nghiệt , thúc đẩy sự bùng nổ của các loài mới và góp phần tạo nên sự đa dạng phong phú của khoai tây mà chúng ta thấy và tin dùng ngày nay".

Nguyễn Thị Quỳnh Thuận theo Phys.org