科學家終解愛爾蘭馬鈴薯饑荒起源：竟源於安第斯山脈

19世紀中葉，一種微小的東西入侵愛爾蘭，所到之處一片狼藉。類真菌病原體“致病疫黴”引發的馬鈴薯晚疫病，引發了一場饑荒，導致100多萬人死亡，數百萬人被迫逃離。一個多世紀以來，科學家們一直在爭論這種致命生物最初出現在哪裡。是在馬鈴薯最初被馴化的崎嶇的安第斯山脈嗎？還是在充滿類似病原體的墨西哥高地呢？

現在，一個研究小組聲稱已經解決了這個問題。在同類最大規模的基因研究之一中，他們已將馬鈴薯晚疫病的起源追溯到安第斯山脈。這些發現不僅解決了長期存在的最棘手的爭論之一，還揭示了一個涉及進化、遷移和雜交的複雜網絡，這個網絡塑造了世界上最臭名昭著的植物病害之一的歷史。

即使在今天，“致病疫黴”還在全球範圍內對馬鈴薯和番茄作物大肆破壞，每年造成數十億美元的損失。瞭解它的起源地有助於科學家預測和應對未來的疫情爆發。

其發源地之爭一直很激烈。一些研究人員認爲起源於墨西哥，指出該病原體在該地區有性繁殖。其他人則根據基因證據提出起源於安第斯山脈。由北卡羅來納州立大學的艾利森·庫姆伯（Allison Coomber）和讓·里斯塔伊諾（Jean Ristaino）領導的這項新研究提供了大量的基因組數據。

該團隊分析了致病疫黴（P. infestans，一種對作物有致病影響的黴菌）以及六個近緣物種的全基因組序列，這些近緣物種包括在南美洲發現的安第斯疫黴（P. andina）和番茄疫黴（P. betacei），以及原產於墨西哥的奇疫黴（P. mirabilis）和甘薯疫黴（P. ipomoeae）。他們還納入了在愛爾蘭馬鈴薯饑荒期間收集的致病疫黴的歷史樣本。

結果很明確。墨西哥的物種奇疫黴（P. mirabilis）和甘薯疫黴（P. ipomoeae）形成了獨特的基因羣，與致病疫黴（P. infestans）相分離。相比之下，致病疫黴（P. infestans）與安第斯地區的安第斯疫黴（P. andina）和番茄疫黴（P. betacei）緊密交織在一起。後三個物種形成了一個界限不分明的複合種羣。它們更像是兄弟姐妹，而不是遠親。

“科學就是這樣運作的，”該研究的合著者、北卡羅來納州立大學的教授讓·里斯塔伊諾說。“先有一個假設，然後人們會質疑這個假設、對其進行檢驗、展示相關數據。但隨着時間的推移，證據確實更傾向於安第斯地區，因爲DNA不會說謊。遺傳學表明其起源於該地區。”

歷史記錄也指向安第斯山脈。“1845年，當這種疫病襲擊歐洲和美國時，人們立即試圖弄清楚它來自哪裡，”里斯塔伊諾在接受《衛報》採訪時補充說。“有報道稱，這種疾病已經出現，並且在種植土豆的安第斯印第安原住民中爲人所知。”

根據基因分析，致病疫黴（P. infestans，一種真菌）及其安第斯近親的共同祖先大約在5000年前從墨西哥的同類物種中分化出來。隨着時間的推移，由於海外貿易的增長和全球化，致病疫黴從安第斯山脈傳播到世界其他地區，包括墨西哥和歐洲。

這項研究還揭示了致病疫黴及其安第斯近親之間令人驚訝的基因交流水平。這些物種之間的遷移率比涉及墨西哥同類物種的遷移率要高得多。這表明安第斯地區不僅是致病疫黴的發源地，也是一個正在進行進化的熱點地區。

最有趣的發現之一是致病疫黴（P. infestans，一種對植物危害較大的病菌）、安第斯疫黴（P. andina）和番茄疫黴（P. betacei）之間界限模糊。這些安第斯地區的物種親緣關係非常近，它們經常雜交，產生新的基因組合。這就好比一個大熔爐，所有這些微生物物種都在進行基因交換，這可能會產生具有不同毒力特性的新菌株——其中一些可能會克服植物的抗性。

瞭解毀滅性的馬鈴薯晚疫病起源於何處，對控制這種仍然是全球性威脅的疾病具有重要的實際意義。

馬鈴薯晚疫病仍在全球肆虐。在歐洲，已經出現了抗殺菌劑的菌株，迫使農民尋找新的化學藥劑和方法。新的育種和基因編輯方法可能提供一個長期的解決方案。

里斯塔伊諾說：“當你知道一種病原體的起源中心時，你就能在那裡找到對它的抗性。從長遠來看，控制這種疾病的方法是通過寄主抗性。這項研究表明，育種工作的重點需要回到安第斯地區。”

當世界努力應對糧食安全和氣候變化的挑戰時，像這樣的研究比以往任何時候都更加重要。

該研究結果發表在《公共科學圖書館·綜合》（PLOS ONE）雜誌上。