点赞！云师研究团队破解马铃薯驯化的关键密码

马铃薯是全球重要的粮食作物，养活了约13亿人。我们如今吃的马铃薯，是从南美洲安第斯山脉的野生祖先经过漫长驯化而来的。在驯化过程中，人类不仅改变了马铃薯的形状和大小，更关键的是改造了它的“内在品质”——让原本苦味重、有毒的块茎变得香糯可口、营养丰富。然而，马铃薯在驯化过程中究竟发生了哪些化学成分的变化？这些变化又是哪些基因在控制的？长期以来，科学家们对此了解有限。为了解答这些问题，研究团队对数百个野生和栽培马铃薯品种进行了系统性研究，试图揭示马铃薯风味的“基因密码”。

研究发现，在驯化过程中，马铃薯块茎的化学成分发生了巨大变化：苦味物质大幅减少：尤其是甾体糖苷生物碱（SGAs）（一种苦味且有毒的物质），在栽培马铃薯中的含量降至野生品种的约4.3%。

营养类物质显著增加：特别是黄酮类化合物（一种抗氧化物质），例如其中一种黄酮的含量提升了13倍以上。这意味着，人类在长期选择中，有意无意地筛掉了“不好吃”的成分，留下了“好营养”的成分。

图1：驯化对代谢物的重塑

研究人员通过基因分析，发现了几类控制马铃薯风味的关键基因：

“苦味合成开关”：两个名为DPS和ZOG的基因发生突变，导致苦味物质的种类减少。“苦味总开关”GAME9：它的启动子（相当于基因的“开关”）在驯化中发生了变化，导致其在块茎中活性降低，从而减少了苦味的合成。

“营养增产开关”MYB200和MYB210：这两个基因在栽培马铃薯中变得非常活跃，像“交通指挥员”一样，将化学成分的合成路线从酚酸导向了黄酮，从而提升了营养价值。有趣的是：人类可能因为偏爱彩色马铃薯（富含花青素），无意中选择了这些高活性的MYB基因，从而连带提高了黄酮含量。

研究通过mGWAS，鉴定出2046个与568种代谢物相关的遗传位点，首次系统性地绘制了马铃薯薯块中化学成分与基因之间的关联地图，发现了三种主要的调控模式：

简单模式：一个基因控制一种成分。例如，通过选择一个基因位点，可以将维生素B₂的含量提升4倍多；选择另一个位点，则可以大幅降低致癌物丙烯酰胺的前体物质含量。

协作模式：多个基因共同影响一种成分。例如，两个基因位点协同作用，可以将一种抗氧化物质的含量提升惊人的375倍。

一因多效模式：一个基因影响多种成分。这提示科学家在未来育种时需要考虑“牵一发而动全身”的效应。

图2：代谢物的遗传调控位点

这项研究不仅揭示了马铃薯驯化的科学历史，更对现代农业有重要启示。

（1）为培育“更优马铃薯”提供精准工具：科学家现在可以像使用“分子剪刀”和“开关”一样，针对性地敲除苦味基因、强化营养基因，从而设计出既安全又营养的马铃薯新品种。

（2）展现了自然与人工选择的智慧平衡：研究发现，驯化主要降低了马铃薯块茎（食用部分）的苦味，而地上部分（如叶子）仍保留苦味物质以抵御虫害。这种组织特异性的精准调控，为未来设计“抗虫又好吃”的作物提供了新思路。

作者情况：

深圳基因组所博士后张钟、云师大研究生谭薇、刘金涛为该论文的共同第一作者，我校祝光涛教授为该论文的最后通讯作者，该工作得到国家重点研发计划（2022YFF1002500）、国家自然科学基金（32272725和32488302）、广东省基础与应用基础研究重大项目（2021B0301030004）和中国博士后科学基金（2022M723463）等项目重点支持。

（生命科学学院 供稿）