Het oude gezegde om naar het verleden te kijken om de toekomst te begrijpen, geldt zeker voor het verbeteren van aardappelen.

Onderzoek naar de voorouders van de moderne, Noord-Amerikaanse gecultiveerde aardappel heeft een reeks gemeenschappelijke genen en belangrijke genetische routes onthuld die hebben bijgedragen aan de aanpassing van spuds gedurende duizenden jaren. Robin Buell, Michigan State University Foundation Professor of Plant Biology en senior auteur van het artikel, toont potentiële genetische sleutels die ervoor kunnen zorgen dat het gewas in de toekomst zal gedijen.

"Wereldwijd, aardappel is het op twee na belangrijkste gewas dat wordt geteeld voor directe menselijke consumptie, toch hebben veredelaars moeite om nieuwe variëteiten te produceren die beter presteren dan de variëteiten die meer dan een eeuw geleden werden uitgebracht, "Zei Buell. "Door gecultiveerde aardappel en zijn wilde verwanten te analyseren met behulp van moderne genomics-benaderingen, we waren in staat om belangrijke factoren te onthullen die de voedselzekerheid in de landbouw van de 21e eeuw kunnen aanpakken."

Gekweekte aardappelen, gedomesticeerd van wilde Solanum-soorten, een genetisch eenvoudiger diploïde (met twee complete sets chromosomen) soorten, kan worden herleid tot het Andesgebergte in Peru, Zuid-Amerika.

Hoewel de exacte middelen van de aardappelmigratie onbekend zijn, spuds verspreidden zich hoofdzakelijk over de hele wereld sinds hun domesticatie zo'n 8, 000 tot 10, 000 jaar geleden. Omdat aardappelen uit de meer equatoriale regio's van Peru en Bolivia naar de zuidelijke delen van Zuid-Amerika werden gebracht, ze werden aangepast aan langere zomerdagen in Chili en Argentinië.

Een aspect dat bekend is, is hoe Spaanse conquistadores aardappelen introduceerden bij terugkeer van hun Zuid-Amerikaanse heldendaden naar het Europese continent, waar aardappelen snel werden aangepast als hoofdgewas. Toen de ontdekkingsreizigers zich vanuit Europa naar Noord-Amerika waagden, ze brachten ook aardappelen naar de nieuwe wereld.

Wetenschappelijk ontdekkingsreiziger Michael Hardigan, voorheen aan de MSU en nu aan de University of California-Davis, leidde het team van wetenschappers van MSU en Virginia Polytechnic Institute en State University. Samen, ze studeerden in het wild, landras (Zuid-Amerikaanse aardappelen die worden geteeld door lokale boeren) en moderne cultivars ontwikkeld door plantenveredelaars. Het resultaat, gepubliceerd in het huidige nummer van Proceedings van de National Academy of Sciences , was het grootste onderzoek naar de re-sequencing van gewassen tot nu toe.

Het ging niet alleen om een ​​substantiële herschikking van de aardappel, maar het pakte ook een van de meest uiteenlopende gewassen aan. De moderne aardappelpuree die tegenwoordig in de keukens wordt gevonden, zijn genetisch complexe tetraploïde aardappelen, met vier keer het normale aantal chromosomen. Het complexe genoom van Potatoes herbergt naar schatting 39, 000 genen. (In vergelijking, het menselijk genoom omvat ongeveer 20, 000 genen.)

Uit de grote genenpool, de onderzoekers identificeerden 2, 622 genen die de vroege verbetering van het gewas veroorzaakten toen het voor het eerst werd gedomesticeerd. De studie verschijnt in het huidige nummer van Proceedings van de National Academy of Sciences .

Het bestuderen van het gendiversiteitsspectrum, van zijn wilde verleden tot zijn gecultiveerde heden, kan een essentiële bron van onaangeboord adaptief potentieel bieden, zei Buell.

"We zullen in staat zijn om historische introgressies en hybridisatiegebeurtenissen te identificeren en te bestuderen, evenals genen te vinden die gericht zijn tijdens domesticatie die de variantie voor landbouwkenmerken controleren, "zei ze. "Veel van deze helpen zich te concentreren op aanpassing aan verschillende klimaten, het afweren van verschillende pathogenen of het verbeteren van de opbrengst, sleutels die we hopen beter te begrijpen om toekomstige fokinspanningen te verbeteren."

Bijvoorbeeld, wilde aardappelen planten zich voort via bessen en zaden. Kweekaardappelen zijn aseksueel en zijn voedsel en zaad in één. (Iedereen die een aardappel te lang in een donkere voorraadkast heeft laten liggen, heeft deze eigenschap uit de eerste hand gezien.)

De onderzoekers presenteren bewijs van de handtekeningen van selectie in genen die deze verandering beheersen. Ze werpen ook licht op de rol van wilde soorten in genetische routes voor het bestrijden van plagen en het verwerken van suikers voor voedsel. Duiken in enigszins obscuur gebied, ze keken naar mogelijke genetische bronnen die het circadiane ritme beheersen; Ja, planten hebben ook 24-uurs klokken die biologische processen regelen.

"We wisten van hun fysiologische eigenschappen, maar we wisten niet welke genen erbij betrokken waren, " zei Buell. "Terwijl aardappelen werden verplaatst, ze moesten zich aanpassen aan langere dagen, meer uren zonlicht. We beginnen nu te begrijpen wat er op genetisch niveau gebeurt en hoe wilde Solanum-soorten evolueerden tot voor de lange dag aangepaste tetraploïde aardappelen."

Andere MSU-wetenschappers die aan deze studie hebben bijgedragen, zijn onder meer:​​Linsey Newton, John Hamilton, Brieanne Vaillancourt, Krystle Wiegert-Rininger, Jozua Hout, David Douches en Eva Farre. Wetenschappers van het Virginia Polytechnic Institute en de State University maakten ook deel uit van het onderzoeksteam.