Il cibo di conforto che conosciamo e amiamo oggi poiché la patata è stata addomesticata tra gli 8, 000 e 10, 000 anni fa da una specie selvatica originaria delle Ande nel sud del Perù. Durante il XVI secolo, Si ritiene che i conquistadores spagnoli abbiano trasportato il robusto ortaggio simile a una radice attraverso l'Atlantico.

Ora, un team di ricercatori ha tracciato questo lignaggio per scoprire come è stata addomesticata la patata e come il suo DNA si è evoluto nel tempo.

"Abbiamo sequenziato i genomi, o il codice genetico, di una gamma di patate originarie del Sud America, Perù, Bolivia, ed Ecuador, " ha detto Richard Veilleux, capo del dipartimento di orticoltura del Virginia Tech College of Agriculture and Life Sciences e Julian e Margaret Gary Professor. "Vedi un arcobaleno di patate nel continente. Il modo in cui si sono mossi e sono stati addomesticati è stato discusso per molti anni".

Veilleux e il suo studente laureato, Parker Laimbeer, un dottorando in orticoltura di Rappahannock, Virginia, ha collaborato con i colleghi della Michigan State University, tra cui C. Robin Buell, professore di biologia vegetale, e Michael Hardigan, un ex assistente di ricerca laureato e ora ricercatore post-dottorato presso l'Università della California Davis, condurre un progetto sul genoma vegetale in risposta a un'opportunità di finanziamento della National Science Foundation. Il loro lavoro è stato recentemente pubblicato su Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

"I risultati aumentano la nostra comprensione di come è stata addomesticata la patata e di quali geni sono importanti. Abbiamo anche identificato potenziali geni su cui migliorare in futuro e mostrato come il sequenziamento del genoma ad alto rendimento fornisce nuovi strumenti, " disse Veilleux.

Per saperne di più su questa coltura, il terzo più importante coltivato per il consumo umano diretto, il team ha esaminato specie selvatiche e coltivate, comprese le patate che si trovano nei mercati sudamericani, varietà domestiche nordamericane, e gare di terra, che sono patate coltivate analoghe alle razze antiche.

Quindi, utilizzando i moderni approcci genomici, i ricercatori hanno cercato di fornire informazioni sulla diversità genomica, per rivelare eventi storici di ibridazione, e identificare i geni presi di mira durante l'addomesticamento che controllano la varianza per i tratti agricoli, tutti elementi vitali per la sicurezza alimentare.

"Ciò che rende complicate le patate è che non si riproducono vere, " disse Veilleux. "Se pianti semi, ottieni meno di quanto hai iniziato."

Un altro cambiamento che ha accompagnato l'addomesticamento delle patate è la ridotta fertilità del polline. Considerando che le specie selvatiche devono essere fertili per disperdere i semi, le specie coltivate crescono dai tuberi. Questa irrilevanza atrofizzava la fertilità della specie, e l'effetto potrebbe essere osservato a livello genomico.

Il Russet Burbank, un mutante della patata Burbank, è stato rilasciato nell'anno 1902. Ad oggi, questa varietà rimane la più popolare negli Stati Uniti, sottolineando una mancanza di lunga data di avanzamento nell'allevamento di patate.

Ancora, gli sforzi per comprendere meglio il corredo genetico della patata sono stati carichi di sfide, non ultimo dei quali è l'abitudine della coltura di mantenere quattro copie di ciascun gene.

Veilleux e Laimbeer hanno studiato la variazione del numero di copie:più copie di geni all'interno dello stesso organismo. Attraverso il processo di allevamento, copie multiple di una sequenza di DNA vengono duplicate o eliminate non solo nelle patate, ma in tutte le specie vegetali e animali. Quando nasce un organismo, i cambiamenti a seguito della meiosi producono copie diverse di diverse parti del genoma. Questo processo imperfetto consente mutazioni e DNA extra. Copie extra di DNA possono essere utili in alcuni casi, portando ad un aumento della variazione genetica, e dannoso negli altri, portando alla malattia.

"A causa della complessità genetica della patata, non avremmo potuto condurre questa ricerca senza l'accesso a un genoma di patata sequenziato, " ha detto Laimbeer. "Il genoma sequenziato ci permette di confrontare tutte le altre patate con questo progetto".

Come succede, Veilleux e Buell facevano parte del Potato Genome Sequencing Consortium di quasi 100 scienziati che hanno sequenziato il primo genoma di patate al mondo. Sequenziamento del genoma della patata, pubblicato nel 2011, si basava sulla disponibilità di una patata "monoploide raddoppiata", denominato DM, sviluppato nel laboratorio Veilleux. La relativa semplicità genetica del tubero rispetto alle patate commerciali ha reso più facile il sequenziamento utilizzando la tecnologia di sequenziamento di nuova generazione disponibile. La sequenza DM continua a fungere da genoma di riferimento per la patata.

"Abbiamo allineato i genomi di ogni patata che abbiamo studiato alla patata DM, " disse Laimbeer. "Ora, possiamo vedere l'immagine sulla scatola quando mettiamo insieme ogni puzzle del genoma della patata. Ha senso."

I contributi del team di ricerca verso una maggiore comprensione del progetto genetico del tubero possono aiutare i coltivatori a passare a uno schema di allevamento di successo che produrrà varietà desiderabili. L'industria delle patatine, ad esempio, è altamente selettivo sui tipi di patate che utilizza. Gli ultimi campioni di snack richiedono il contenuto di amido perfetto per produrre il colore e la consistenza giusti quando vengono fritti. Anche le patate devono essere della forma corretta, con occhi superficiali per passare attraverso le cippatrici.

Grazie a Veilleux e Laimbeer, presto sarà più facile allevare la patatina perfetta o accedere a caratteristiche desiderabili come una maggiore resistenza alle malattie nelle specie selvatiche o primitive. popolazioni naturali esistenti, loro credono, rappresentano una fonte essenziale di potenziale adattivo non sfruttato.

Guarda Russet Burbank, potrebbero presto esserci nuove varietà in competizione per la patata migliore.