Tänapäevane harilik kartul (Solanum tuberosum) kuulub koos 107 metsiku sugulasliigiga Petota perekonda. Kuigi välimuselt sarnanevad kartulitaimed kõige rohkem Tšiilist pärit mugulateta maavitsaliste rühmaga Etuberosum, on nende geneetiline pärand hoopis lähedasem tomatile. Seetõttu on teadlased kartuli päritolu üle pikka aega pead murdnud.

Näilise vastuolu lahendamiseks analüüsis Hiina Põllumajandusteaduste Akadeemia teadlase Sanwen Huangi juhitud uurimisrühm 128 taime genoomi, kasutades täiustatud genoomianalüüsi meetodeid.

Analüüs näitas, et kõigi kartuli perekonna liikide genoomis leiab nii tomati kui ka Etuberosum'i pärilikkusainet. See viitab iidsele hübridiseerumisele, mis leidis aset umbes 8–9 miljonit aastat tagasi. Kuigi tomati ja Etuberosum'i eellaste arengutee lahknes juba viis miljonit aastat varem, olid need geneetiliselt siiski piisavalt sarnased, et omavahel ristuda.  

Töö autorite sõnul ilmestab vahejuhtum, kuidas liikidevaheline hübridiseerumine võib esile kutsuda uute omaduste evolutsiooni ja soodustab uute liikide teket.

Uuenduslik mugul

Kõige olulisemaks uuenduseks, mille iidne ristumine kaasa tõi, oli mugula teke. Taimed kasutavad paksenenud maa-alust organit toitainete ja vee varumiseks ning vegetatiivseks paljunemiseks. Huvitaval kombel pole mugulaid aga kummalgi kartuli eellasliigil, ei tomatil ega Etuberosum'il.

Uuring näitas, et mugula tekkeks vajalik geeniretsept saadi kokku mõlemalt vanemalt. Tomati pärilikkusainest tuli geen SP6A, mis annab taimele signaali mugulate moodustamiseks. Etuberosum'i poolelt pärineb aga geen IT1, mis aitab reguleerida mugulaks arenevate maa-aluste varte kasvu. Ilma ühe või teise komponendita poleks hübriidjärglane suutnud mugulaid moodustada.

Evolutsiooniline uuendus langes ajaliselt kokku Andide mäestiku kiire kerkeperioodiga, mis lõi hulgaliselt uusi ja mitmekesiseid elupaiku. Mugulad võimaldasid esimestel kartulitaimedel karmides ja kuivades tingimustes ellu jääda, milleks nende eellasliigid võimelised polnud. Lisaks aitas vegetatiivne paljunemine mugulate kaudu ületada esialgsed viljakusprobleemid, mida liikidevaheline ristumine tihti kaasa toob.

Tänu uudsele kohanemisvõimele levisid kartulitaimed laialdaselt, eraldudes oma eellastest ja arenedes iseseisvaks liigirikkaks perekonnaks. Uurimisrühma arvutuste kohaselt on kartulitest hübridiseerumise järel arenenud uusi liike umbes viiendiku võrra kiiremini kui tomatitest ja 36 protsenti kiiremini kui Etuberosum'i liikidest. Piltlikult tekitas hübridiseerumine töörühma sõnul eriti kohanemisvõimelise masina.

Järgnevat aastamiljonite jooksul pani see aluse enam kui sajale uuele metsikule kartuliliigile, mis levisid üle terve Lõuna-Ameerika mandri. Harilik kartul (Solanum tuberosum), mida kasvatavad ja söövad praegu inimesed, on vaid üks neist enam kui sajast liigist.

Samas on mõnede teadlaste hinnangul nii tugevate järelduste tegemiseks veel vara. ETH Zürichi evolutsioonigeneetik Thomas Städler nõustus ajakirja Science uudisportaalis, et tõendid hübridiseerumise kohta on tugevad. Tema sõnul on aga veel lahtine, kas ainuüksi see sündmus viis mugulate tekke ja kartuli edasise mitmekesistumiseni.  

Lisaks ajaloolisele tähtsusele võivad uuringu tulemused aidata tulevikus aretada uusi, seemnetest kasvatatavaid kartulisorte. Huang pakkus näiteks välja võimaluse panna tomatitaim mugulaid moodustama, lisades sellele kartulilt pärit geene.

Teadustöö ilmus ajakirjas Cell.