Un incrocio col pomodoro ha dato vita alle patate: i capolavori dell’evoluzione

Vi siete mai chiesti da dove arrivano le patate? Penserete che non sia una domanda da perderci il sonno, eppure la misteriosa origine di questi tuberi ha affascinato (ed è proprio il caso di dirlo, tenuto svegli) moltissimi ricercatori. La risposta arriva dallo studio del dott. Zhiyang Zhang e il suo team dell’Accademia Cinese delle Scienze Agrarie a Shenzhen, pubblicato su Cell il 31 Luglio. Non ci sono dubbi: la patata discende dal pomodoro! La ricerca ha decretato che l’antenato delle patate moderne (chiamato Petota) è un ibrido nato 9 milioni di anni fa dall’incrocio tra gli antenati dei pomodori (Tomato) e un gruppo di piante chiamate Etuberosum. Questo affair tra le due piante ha portato allo sviluppo di una caratteristica fondamentale, il tubero, una sorta di magazzino di nutrienti e acqua che ha permesso alla Petota di sopravvivere e proliferare fino a creare una propria linea di discendenti: le moderne patate.

Come mai ci si è chiesto da dove vengono le patate?

Tutto è partito da un’osservazione: la pianta di patate (Solanum tuberosum) assomiglia fisicamente a un gruppo di piante dell’America Latina, in particolare in Cile, conosciute con il nome di Etuberosum. Entrambe sono piante geofite, cioè fanno crescere organi sotterranei necessari a far germogliare una nuova pianta, permettendogli così di riprodursi senza bisogno di semi: stoloni per le patate, rizomi per le Etuberosum. Queste ultime però non producono tuberi.

Secondo analisi filogenetiche, che ricostruiscono le parentele tra piante e confrontano i loro alberi genealogici, le patate sembrerebbero però più imparentate con i pomodori, nonostante la somiglianza fisica con l’Etuberosum. Questa incongruenza ha insospettito i ricercatori. In realtà, potevamo immaginare che fossero tutte e tre parenti dal fatto che appartengono alla stessa famiglia, le Solanaceae, ma nessuno si sarebbe aspettato che addirittura discendessero l’una dall’altra.

Come hanno capito che la patata discende dal pomodoro

Analizzando il genoma di 450 patate coltivate e 56 specie selvatiche, i ricercatori hanno scoperto che tutte condividono la stessa struttura genetica a mosaico, composta da una miscela stabile e bilanciata di geni provenienti dall’Etuberosum e dal pomodoro, suggerendo appunto che queste due piante siano i genitori della Petota. Circa il 60% del patrimonio genetico della patata arriva dall’Etuberosum, e circa il 40% deriva dal pomodoro.

Ecco l’inghippo: perché c’è più DNA dell’Etuberosum, ma le analisi filogenetiche dicono che patate e pomodori sono parenti più stretti? Si tratta di guardare non solo alla quantità di patrimonio genetico, ma anche all’architettura del genoma, all’ordine e sequenza in cui sono messi i vari geni e quanti e quali sono funzionali: in questo, patate e pomodori sono molto più simili di patate ed Etuberosum. È una questione di qualità e di come viene usato il DNA, non solo di quantità.

Come si è formato il tubero

La domanda successiva è: come è nato il tubero, un organo del tutto nuovo che le piante genitrici non hanno? Grazie all’interazione e combinazione di geni specifici si sono formate nuove interazioni genetiche che hanno permesso la formazione dei tuberi. I geni fondamentali che hanno portato alla formazione del tubero come rigonfiamento degli stoloni arrivano da entrambe le piante genitrici.

Dai pomodori arriva il gene SP6A, una sorta di interruttore che indica alla pianta quando iniziare a produrre il tubero. Dall’Etuberosum arriva invece il gene IT1 che coordina la crescita degli stoloni da cui si formeranno i tuberi. La cosa interessante è che presi singolarmente non bastano: senza uno dei due, il tubero non si sarebbe formato, non sarebbe nata la nuova specie Petota e in definitiva non avremmo le patate che conosciamo oggi.

La “killer application” delle patate: tubero e tempismo perfetto

Come molti ibridi tra specie molto diverse e lontane tra loro, la Petota era poco fertile, con scarse probabilità di sopravvivenza. Ma il tubero, con la sua possibilità di immagazzinare nutrienti e acqua e la capacità di far germogliare nuove piante tramite riproduzione asessuata (cioè senza semi), gli ha permesso di sopravvivere e proliferare. Infatti, se dimenticate le patate nella dispensa, dopo un po’ di tempo, vedrete nascere dei germogli.

La fortuna della Petota è legata anche a un altro fondamentale evento geologico: la formazione della catena montuosa delle Ande. Questo ha portato alla comparsa di nuovi ambienti, nuove nicchie ecologiche che la patata ha potuto colonizzare con poca concorrenza. La formazione delle Ande e la specializzazione della patata a sopravvivere in un ambiente “ostile”, ha anche permesso una separazione fisica tra la Petota e le sue piante d’origine, impedendo così una nuova ibridazione all'indietro (backcrossing) con una di loro e favorendo invece la specializzazione di una nuova linea genetica, con le centinaia di patate discendenti che conosciamo oggi.

I vantaggi dell’ibridazione tra due specie diverse tra loro

La ricerca ha anche identificato un antenato comune tra i pomodori e l’Etuberosum, da cui però le due specie si sarebbero differenziate circa 14 milioni di anni fa. Dopo ben 5 milioni di anni, ormai diventate specie completamente differenti, sono però riuscite a reincrociarsi e creare l’ibrido Petota, tramite un’ibridazione interspecifica.

Questo processo di incrocio tra specie molto diverse e lontane tra loro, ribadiscono gli autori dello studio, può talvolta agire come catalizzatore evolutivo, scatenando quella che viene chiamata radiazione evolutiva, ossia la rapida espansione e diversificazione di una nuova specie, come nel caso delle patate. L’ibridazione e la formazione del tubero ha agito come una sorta di turbo che ha permesso alla Petota, l’antenato delle patate moderne, di espandersi e differenziarsi in una specie tutta sua.

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