Ob Pommes, Chips oder Püree: Kaum ein Lebensmittel ist so vielseitig und beliebt wie die Kartoffel. Doch während wir sie längst zum kulinarischen Kulturgut erhoben haben, gibt ihr Ursprung der Forschung bis heute Rätsel auf. Denn die Pflanze aus der Familie der Nachtschattengewächse vereint Merkmale, die kaum zusammenzupassen scheinen: Äußerlich ähnelt sie kartoffelähnlichen Wildarten aus Chile, die als Etuberosum bekannt sind. Diese Pflanzen bilden wie die Kartoffel oberirdische Triebe und Blüten, jedoch keine Knollen. Genetisch wiederum steht die Kartoffel der ebenfalls zu den Nachtschattengewächsen gehörenden Tomate näher. Diese widersprüchlichen Befunde führten zu jahrzehntelangen Diskussionen über die Herkunft der Kartoffel – und insbesondere über die Entstehung ihrer charakteristischen Knollen.
Hybride Wurzeln
Forschende um Zhiyang Zhang von der Chinesischen Akademie für Agrarwissenschaften sind diesen vermeintlichen Widersprüchen nun auf den Grund gegangen – mit einer der bislang umfassendsten genetischen Analysen zur Kartoffel. Insgesamt analysierte das Team die Genome von 450 Kultur- und 56 Wildkartoffelarten. Hinzu kamen Referenzgenome weiterer Nachtschattengewächse – darunter von Tomaten und Vertretern der Etuberosum-Linie. Um möglichst genaue Einblicke in die Abstammungsgeschichte der Kartoffel zu erhalten, sequenzierten die Forschenden nicht nur vollständige Genome, sondern auch haplotypaufgelöste Varianten – also Erbgutinformationen, die getrennt nach mütterlicher und väterlicher Linie betrachtet werden können. Anhand dieser Daten verglich das Team die genetischen Muster der verschiedenen Arten, um Rückschlüsse auf ihre gemeinsame Vergangenheit zu ziehen.
Das Ergebnis: Jede der untersuchten Kartoffelarten enthält in ihrem Erbgut eine stabile, ausgewogene Mischung aus genetischem Material von Etuberosum- und von Tomatenpflanzen, wie Zhang und seine Kollegen berichten. Dieses genetische Mosaik deutet darauf hin, dass Kartoffeln einst bei einer natürlichen Kreuzung von Vertretern beider Linien entstanden sind. Der zeitliche Ablauf war dabei wahrscheinlich der folgende: Vor etwa 14 Millionen Jahren spalteten sich Etuberosum und Tomaten von einem gemeinsamen Vorfahren ab. Fünf Millionen Jahre später kam es dann vermutlich zufällig zu einer Hybridisierung. Bei dieser Kreuzung von Etuberosum und Tomaten entstand eine urzeitliche Kartoffelpflanze, aus der sich im Lauf der Zeit die heutigen Arten entwickelten.
Knollige Vorteile
Mit dieser Kreuzung entstand jedoch nicht nur eine neue Pflanzenlinie. Sie brachte auch eine ganz besondere Eigenschaft hervor: die Fähigkeit zur Knollenbildung. Die Forschenden konnten zeigen, dass dafür zwei Gene, die jeweils aus einer der beiden Elternlinien stammen, verantwortlich waren. Das sogenannte SP6A-Gen, das der Pflanze signalisiert, wann sie eine Knolle ausbilden soll, stammt dabei erstaunlicherweise von der Tomatenseite ihres Stammbaums. Das IT1-Gen, das anschließend das Wachstum der unterirdischen knollenbildenden Stängel steuert, kommt wiederum von der Etuberosum-Seite. Nur wenn beide Gene zusammen vorliegen, kann die Kartoffelpflanze eine Knolle ausbilden. Diese evolutionäre Neuerung zahlte sich schnell aus. Denn mit ihren Knollen konnten die ersten Kartoffelpflanzen Nährstoffe unterirdisch speichern – und so auch harte Zeiten wie Trockenheit oder Kälte besser überstehen. Besonders in den sich damals rapide verändernden Hochlagen der Anden war das überlebenswichtig.
„Die Entwicklung einer Knolle verschaffte Kartoffeln einen enormen Vorteil in rauen Umgebungen, was zu einer explosionsartigen Vermehrung neuer Arten führte und zur reichen Vielfalt der Kartoffeln beitrug, die wir heute kennen und auf die wir uns verlassen“, erklärt Seniorautor Sanwen Huang.
Quelle: Zhiyang Zhang (Chinese Academy of Agricultural Sciences, Shenzhen) et al.; doi: 10.1016/j.cell.2025.06.034
