紅薯起源進化之謎初解，但被轉入的基因在紅薯中功能仍不詳

8月21日，上海辰山植物園、科學院上海植物生理生態研究所、泰安市農業科學院和德國馬普研究所的科學家在《自然·植物》（Nature Plants）聯合發表論文，首次確定了紅薯「祖先」被轉基因的時間，發現紅薯的祖先種大約在一百萬年前，就被天然地轉基因了。而其被轉入的基因一直留存至今。

人食用了四百多年的紅薯，其基因組就含有這些被轉入的基因。

但這些基因在紅薯中有什麼功能，對紅薯造成了什麼影響，目前仍然是未解之謎。

該論文的第一作者、上海辰山植物園楊俊博士告訴澎湃新聞（www.thepaper.cn），在掌握紅薯全基因組測序結果的基礎上，接下來，研究人員將嘗試「刪除」紅薯中的被轉入的基因，並綜合其他實驗手段，以解開其功能謎題。

楊俊表示，在全球範圍內，人類食用紅薯的歷史已經近一萬年之久。這一事實表明，雖然紅薯是轉基因農作物，但其安全性沒有問題。

在植物分類學上，紅薯是旋花科番茄屬植物。兩年前，比利時根特大學的科學家在國際學術期刊《美國科學院院刊》（PNAS）上發表論文稱，在紅薯（甘薯）的基因組中，發現了農桿菌的T-DNA。這震驚了很多人。因為農桿菌正是目前植物轉基因的最常用工具之一。人們在T-DNA的中間放上自己想轉入植物的基因，讓T-DNA幫忙帶進去。

紅薯中存在T-DNA，這意味著，紅薯是一種天然的轉基因食品或者農作物。

論文甫一發表，媒體紛紛報道。罪魁禍首當然是土壤中的農桿菌，但這些T-DNA是什麼時候轉進去的呢？另外，紅薯是如何起源的呢？它的基因組又經歷了怎樣的演化過程？科學共同體不禁發問。

8月21日，上海辰山植物園、科學院上海植物生理生態研究所、泰安市農業科學院和德國馬普研究所的科學家聯合發表在《自然·植物》（Nature Plants）發表論文，揭開了謎底。

楊俊是該論文第一作者，科學院上海植物生理生態研究所的研究員張鵬是該論文的通訊作者之一。

根據全球首個栽培紅薯的全基因組測序結果，研究人員分析發現，紅薯的染色體或基因組來自其二倍體祖先種和四倍體祖先種。大約50萬年前，兩個祖先種發生種間雜交，孕育出了現代栽培紅薯。

研究人員還發現，T-DNA大約在一百萬年前，就出現在紅薯祖先種的基因組中。那時，人類尚未走出非洲，分佈到世界各地。所以，「罪魁禍首」肯定不是人類。

但隱居在土壤中的農桿菌，為什麼要給紅薯轉基因，而且，這些基因對紅薯產生了什麼影響？目前還是未解之謎。

楊俊告訴澎湃新聞，一般而言，農桿菌侵染植物是為了從植物中獲得營養。但農桿菌給紅薯留下的基因產生了什麼影響，目前尚不得而知。

此前，人們發現，二倍體紅薯的根部很纖細，而六倍體紅薯的根部因儲藏澱粉而明顯膨大。人們認為這一過程可能跟T-DNA的轉入有關。

從基因序列看，T-DNA給紅薯帶來的基因是細胞分裂素基因。但在紅薯中，該細胞分裂素基因的表達量很低。

此外，測序數據顯示，並非紅薯的六套基因組都含有T-DNA。

楊俊表示，受測序技術的制約，目前基因組測序都是將DNA破碎成小的片段，對每個片段測序，然後拼接成整個基因組序列。但栽培紅薯是六倍體，也就是說，紅薯有六套相似的基因組，每套有15條染色體，一共90條染色體。六份相似的基因組或染色體，那麼測序后，DNA片段如何被「還原」（Mapping）到其原來所在的染色體上，拼接出破碎前的完整基因組？

多倍體基因組增加了測序后拼接的難度，一直是研究的難點和痛點之一。比如普通小麥，它也是六倍體，但它來自3個二倍體祖先種，經過兩次種間雜交形成。拼接問題更加複雜，截至目前，人們尚未完成對普通小麥的全基因組測序工作。

但在對紅薯的研究中，楊俊等人自主開發了一套全新的多倍體單倍化分析軟體，成功地繪製了紅薯基因組的精細圖。楊俊表示，這一分析方法也適用於小麥等多倍體複雜基因組的分析。

該論文中測序的是新育成品種「泰中6號」，由科學院上海植物生理生態研究所聯合泰安市農業科學院共同培育。

通訊作者張鵬告訴澎湃新聞，南美洲是一個令人驚訝的農作物品種演化中心。紅薯、木薯、馬鈴薯、花生、番茄都起源於南美。南美洲的氣候多樣性造就了生物物種的複雜性，可能促進了很多植物的演化歷程，讓它們形成儲藏根，或者形成果實，出現了很多人類感興趣的性狀。

「泰中6號」是全球首個被測序的紅薯品種，由張鵬參與選育。由於紅薯是六倍體，基因組有相似的六套，測序非常困難。

張鵬表示，紅薯在是除了水稻、小麥、玉米之外的第四大糧食作物，但紅薯育種幾乎是在「做公益」，因為紅薯是無性繁殖，它沒有雌雄株之分，一段藤蔓就可以長出整個植株。

以世界總種植面積50%的土地生產了全球80％以上的紅薯，產量近億噸。通過對紅薯，乃至整個旋花科植物基因組的研究，張鵬和楊俊希望選育出更多的農作物品種。