西紅柿的祖先看起來很不一樣。 狐狸森林製造/快門
大想法： 番茄從野生植物到家庭主食的路徑比研究人員長期以來想的要復雜得多。 多年以來，科學家們相信人類在兩個主要階段馴化了番茄。 首先，南美洲的土著人大約在7,000年前種植了藍莓大小的野番茄，以培育出具有櫻桃大小的果實的植物。 後來， 中美洲 進一步培育了這個中間群體，以形成我們今天吃的大栽培西紅柿。
但是在最近的研究中，我們發現櫻桃大小的番茄可能 起源於約80,000年前的厄瓜多爾。 很久以前，還沒有人在馴養植物，因此這意味著它是從野生物種開始的，儘管秘魯和厄瓜多爾的人們可能後來才將其栽培。
我們還發現，該中間群體的兩個亞群向北擴散至中美洲和墨西哥，可能是其他農作物的雜草。 發生這種情況時，他們的果實性狀發生了根本變化。 它們看起來更像是野生植物，其果實比南美同類植物更小，檸檬酸和β-胡蘿蔔素含量更高。
我們驚訝地發現，現代栽培的西紅柿似乎與這種野狀的西紅柿群體關係最為密切，儘管農民沒有刻意種植這種西紅柿，但仍在墨西哥發現這種野生西紅柿。
與半馴養的和完全野生的親戚相比，栽培西紅柿的平均果實大小。 哈米德·拉齊法德, CC BY-ND
為什麼它的事項： 這項研究對作物改良有直接影響。 例如，一些中等水平的番茄群體具有較高的葡萄糖含量，這使水果更甜。 育種者可以使用這些植物使栽培的西紅柿對消費者更具吸引力。
我們還看到信號，表明該中間組中的某些品種具有促進抗病性和抗旱性的性狀。 這些植物可以用來培育更堅硬的西紅柿。
還不知道的是： 我們不知道中間的西紅柿是如何從南美擴散到中美洲和墨西哥的。 鳥類可能已經吃掉了水果並將種子排泄到其他地方，或者人類可能已經耕種或交易了它們。
另一個問題是，為什麼這個中間群體一旦向北擴散，就會“回歸”並失去許多馴化特性。 在北部新棲息地的自然選擇可能會積極地支持具有更多野生特徵的番茄。 也有可能是人類沒有在育種這些植物並選擇馴化性狀，例如大果實，這可能需要植物消耗比自然結實更多的能量。
我們如何開展工作： We 重建番茄歷史 by 基因組測序 野生，中間和馴化的番茄品種。 我們還進行了人口基因組分析，其中我們使用模型和統計數據來推斷隨時間推移西紅柿發生的變化。
這項工作涉及編寫許多計算機代碼來分析大量數據並查看DNA序列的變異模式。 我們還與其他科學家合作，種植番茄樣品，並記錄許多特徵數據，例如果實大小，糖含量，酸含量和風味化合物。
該領域還發生了什麼： 養活不斷增長的人口將需要提高作物的產量和質量。 為此，科學家需要更多地了解與水果發育，風味和抗病性等現像有關的植物基因。
例如，由 扎卡里·利普曼（Zachary Lippman） 在 冷泉港實驗室 紐約州的研究人員正在使用基因組編輯來操縱有助於提高番茄產量的性狀。 通過調節兩種流行番茄植物的原生基因，他們設計了一種快速的方法來使植物開花並更快地產生成熟的果實。 這意味著每個生長期要播種更多，從而提高產量。 這也意味著該植物的生長范圍可能比現在更偏北。這是地球氣候變暖的重要原因。
基因編輯產生的西紅柿能在幾週前開花並成熟。
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下一步是什麼： 我們的研究為將來的番茄基因功能研究提供了候選圖集。 現在，我們可以確定哪些基因在馴化歷史的每個階段都很重要，並發現它們的作用。 我們還可以搜索有益的等位基因或特定基因的變體，它們可能在番茄被馴化後丟失或減少。 我們想弄清這些丟失的變種中的一些是否可以用來改善栽培番茄的生長和理想的性狀。
關於作者
生物學博士後研究員Hamid Razifard， 馬薩諸塞州阿姆赫斯特大學 以及生物學副教授Ana Caicedo， 馬薩諸塞州阿姆赫斯特大學
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