L’umile patata moderna, domesticata per la prima volta circa diecimila anni fa, ha avuto origine sulle Ande prima di diventare una coltura fondamentale per il mondo. Ma poiché le piante non si conservano bene nei reperti fossili, la sua discendenza è rimasta in gran parte un mistero.
Ora, un team di biologi evoluzionisti e scienziati genomici ha fatto risalire le origini di questo alimento base ricco di amido a un incontro casuale avvenuto milioni di anni fa con una pianta a lei estranea: il pomodoro.
I ricercatori hanno analizzato 450 genomi di specie di patate coltivate e selvatiche e i geni hanno rivelato che un antico antenato della pianta selvatica del pomodoro si è incrociato naturalmente con una pianta simile alla patata chiamata Etuberosum nove milioni di anni fa, o si è incrociato, poiché entrambe le piante si erano originariamente separate da una pianta antenata comune circa quattordici milioni di anni fa, secondo uno studio pubblicato giovedì sulla rivista Cell .
Sebbene né i pomodori né gli Etuberosums avessero la capacità di produrre tuberi – la parte ingrossata e commestibile di piante domestiche come patate, igname e taro che cresce sottoterra – la pianta ibrida risultante sì. I tuberi si sono evoluti come un modo innovativo per la pianta di patata di immagazzinare nutrienti sottoterra con il raffreddamento del clima e dell’ambiente andino – e una volta coltivati, hanno rappresentato un pilastro della dieta umana. Oggi esistono più di cento specie di patate selvatiche che producono anche tuberi, sebbene non tutti siano commestibili perché alcuni contengono tossine.
“L’evoluzione di un tubero ha dato alle patate un enorme vantaggio in ambienti difficili, alimentando un’esplosione di nuove specie e contribuendo alla ricca diversità di patate che vediamo e su cui facciamo affidamento oggi”, ha dichiarato in una nota Sanwen Huang, coautore dello studio, presidente dell’Accademia cinese di scienze agricole tropicali e professore presso l’Istituto di genomica agricola di Shenzhen, Accademia cinese di scienze agricole. “Abbiamo finalmente risolto il mistero della provenienza delle patate”.
Gli scienziati hanno anche decifrato quali geni sono stati forniti da ciascuna pianta per creare i tuberi. Comprendere come le patate si sono originate e si sono evolute potrebbe in ultima analisi aiutare gli scienziati a selezionare patate più resistenti alle malattie e ai cambiamenti climatici.
Scavando nel mistero persistente della patata
Persone raccolgono patate vicino a Celendín, Perù. Sandra Knapp
Patate, pomodori ed Etuberosum appartengono tutti al genere Solanum, che comprende circa 1.500 specie ed è il genere più numeroso della famiglia delle Solanacee. A prima vista, le piante di patata sembrano quasi identiche all’Etuberosum, il che ha inizialmente portato gli scienziati a pensare che le due specie fossero sorelle, provenienti da un antenato comune, ha affermato il coautore dello studio JianQuan Liu, professore presso la facoltà di ecologia dell’Università di Lanzhou nel Gansu, in Cina.
Gli Etuberosum comprendono solo tre specie e, sebbene le piante abbiano fiori e foglie simili a quelli delle patate, non producono tuberi.
“Gli Etuberosum sono una cosa speciale”, ha detto alla CNN il Dott. Sandy Knapp, coautore dello studio e botanico ricercatore presso il Natural History Museum di Londra. “Sono cose che probabilmente non vedreste mai se non andaste alle isole Juan Fernandes, alle isole Robinson Crusoe nel mezzo del Pacifico, o se vi trovaste nella foresta pluviale del Cile”.
Ma tracciando la linea genealogica di patate, pomodori ed Etuberosums è emersa una novità inaspettata che sembrava indicare che le patate fossero più strettamente imparentate con i pomodori a livello genetico, ha affermato Knapp.
Il team ha utilizzato analisi filogenetiche, un processo simile a quello utilizzato negli esseri umani per determinare la relazione genitore-figlia o sorella-sorella a livello genetico, per determinare le relazioni tra le diverse piante, ha spiegato Liu.
L’analisi ha evidenziato una contraddizione: le patate potrebbero essere sorelle degli Etuberosum o dei pomodori, a seconda di diversi marcatori genetici, ha affermato Liu.
L’antenato comune di pomodori ed Etuberosum, risalente a 14 milioni di anni fa, e le piante che ne sono derivate non esistono più e “si perdono nella notte dei tempi geologici”, ha affermato Knapp. I ricercatori hanno invece cercato marcatori genetici all’interno delle piante per determinarne le origini.
“Ciò che utilizziamo è un segnale che ci arriva dal passato, e che è ancora presente nelle piante che abbiamo oggi, per cercare di ricostruire il passato”, ha affermato Knapp.
Per tracciare questo segnale nel tempo, i ricercatori hanno compilato un database genetico per le patate, esaminando anche esemplari museali e persino recuperando dati da rare patate selvatiche difficili da trovare, alcune delle quali si trovano solo in una valle delle Ande, ha affermato Knapp.
“Le patate selvatiche sono molto difficili da campionare, quindi questo set di dati rappresenta la raccolta più completa di dati genomici sulle patate selvatiche mai analizzata”, ha affermato in una nota il coautore dello studio Zhiyang Zhang, ricercatore presso l’Istituto di genomica agricola di Shenzhen presso l’Accademia cinese delle scienze agricole.
Una mappa genetica scritta per caso
I pomodori hanno contribuito con un gene che ha segnalato la crescita dei tuberi nelle prime piante di patate. Robert Alexander/Getty Images
La ricerca ha rivelato che la prima patata e tutte le specie di patate successive includevano una combinazione di materiale genetico derivato da Etuberosum e pomodori.
Secondo Liu, è probabile che cambiamenti climatici o geologici abbiano portato alla coesistenza nello stesso luogo di un antico Etuberosum e di un antenato del pomodoro.
Dato che entrambe le specie sono impollinate dalle api, lo scenario più probabile è che un’ape abbia trasportato il polline tra le due piante, dando origine alla patata, ha affermato Amy Charkowski, preside associato di ricerca presso la Facoltà di Scienze Agrarie della Colorado State University. Charkowski non è stata coinvolta nella nuova ricerca.
Il lato pomodoro forniva un gene “master switch” SP6A, che indicava alla pianta di patata di iniziare a produrre tuberi, mentre un gene IT1 del lato Etuberosum controllava la crescita dei fusti sotterranei che formavano i tuberi amidacei, ha spiegato Liu. Se uno dei due geni fosse stato assente o non avesse agito in sinergia, le patate non avrebbero mai formato tuberi, secondo i ricercatori.
“Uno degli aspetti che accadono durante l’ibridazione è che i geni si mescolano”, ha detto Knapp. “È come mescolare di nuovo un mazzo di carte, e carte diverse escono in combinazioni diverse. E fortunatamente, in questo particolare evento di ibridazione, due tipi di geni si sono uniti, dando origine alla capacità di tuberizzare, e questo è un evento casuale”.
L’evoluzione delle patate tuberose coincise con un periodo in cui la catena montuosa delle Ande si stava rapidamente sollevando a causa delle interazioni tra le placche tettoniche, creando un’enorme dorsale lungo il versante occidentale del Sud America, ha affermato Knapp. Le Ande sono una catena montuosa complessa con numerose valli e una varietà di ecosistemi.
I pomodori moderni amano gli ambienti secchi e caldi, mentre gli Etuberosum preferiscono un ambiente temperato. Ma l’antenato della pianta di patata si è evoluto per prosperare negli habitat secchi, freddi e d’alta quota che si sono sviluppati lungo le Ande, con il tubero che ne ha permesso la sopravvivenza definitiva, ha detto Knapp. Le patate potevano riprodursi senza bisogno di semi o impollinazione. La crescita di nuovi tuberi ha portato a nuove piante, che potevano prosperare in ambienti diversi.
Creare una patata resistente per un futuro incerto
In Perù sono endemiche numerose varietà di patate. Sandra Knapp
Secondo lo studio, la patata coltivata che consumiamo oggi è attualmente la terza coltura di base più importante al mondo e, insieme a grano, riso e mais, è responsabile dell’80 per cento dell’apporto calorico umano.
Comprendere la storia delle origini della patata potrebbe essere la chiave per innovare ulteriormente le patate del futuro; reintrodurre geni chiave del pomodoro potrebbe portare a patate a rapida riproduzione tramite semi, un’attività che Huang e il suo team presso l’Accademia cinese delle scienze agricole stanno sperimentando.
Le colture moderne sono sottoposte alle pressioni dei cambiamenti ambientali, della crisi climatica e di nuovi parassiti e malattie, ha affermato Knapp.
Le patate da seme sono interessanti perché potrebbero essere geneticamente più diversificate e resistenti alle malattie e ad altri rischi agricoli, ha affermato Knapp. La riproduzione vegetativa delle patate – ovvero tagliare una patata a pezzi e piantarli per creare una coltura – produce patate geneticamente identiche che possono essere eliminate se si presenta una nuova malattia.
Potrebbe essere fondamentale anche studiare le specie selvatiche che hanno dovuto affrontare tali sfide e si sono evolute in risposta a esse, ha aggiunto.
Il laboratorio di Charkowski è interessato a scoprire in che modo le patate selvatiche resistono alle malattie e perché alcuni parassiti e malattie delle piante colpiscono solo patate o pomodori.
“Oltre ad aiutarci a comprendere l’evoluzione della patata e lo sviluppo dei tuberi, i metodi utilizzati (in questo studio) possono anche aiutare i ricercatori a conoscere altre caratteristiche, come la resistenza alle malattie e agli insetti, la nutrizione, la tolleranza alla siccità e molte altre importanti caratteristiche delle piante di patata e pomodoro”, ha affermato Charkowski.
Le patate restano una coltura importante nelle regioni aride o nelle aree con estati brevi e altitudini elevate, luoghi in cui altre colture importanti non crescono, ha affermato.
I risultati mostrano anche le patate sotto una luce diversa: il risultato di un incontro casuale tra due individui molto diversi, ha affermato la coautrice dello studio, la Dott.ssa Tiina Särkinen, esperta di solanacee presso il Royal Botanic Garden di Edimburgo.
“In realtà è piuttosto romantico”, ha detto. “L’origine di molte delle nostre specie non è una storia semplice, ed è davvero emozionante che ora possiamo scoprire queste origini intricate e complesse grazie alla ricchezza di dati genomici”.
Ashley Strickland
