L’origine des tubercules de pomme de terre se cache en partie dans… les tomates !

L’origine des tubercules de pomme de terre se cache en partie dans… les tomates !

1 La pomme de terre (Solanum tuberosum) est l’une des cultures les plus importantes du monde avec le blé, le riz et le maïs. En Amérique du Sud, les humains consomment son tubercule, une structure souterraine de la plante, depuis plus de dix mille ans. Cette plante appartient au genre Solanum, de la famille des Solanacées, où l’on retrouve aussi les piments, les poivrons, les aubergines et les tomates (Solanum lycopersicum). Cependant, elle est la seule à avoir des tubercules, qui ont fait le succès de la « patate », mais dont l’origine laissait jusque-là les scientifiques perplexes : comment et quand sont apparues ces structures de stockage d’eau et de nutriments (amidon, protéines, vitamines, minéraux, fibres), autant d’éléments qui permettent à la plante de survivre à la saison froide ?

2 Les sept espèces cultivées de pomme de terre et leurs 107 parents sauvages, qui constituent la section Petota, partagent ce caractère distinctif de tubercules souterrains. De façon surprenante, certaines plantes sauvages originaires du Chili ressemblent beaucoup à ces dernières, à la différence près qu’elles ont des tiges plus rigides, que leurs racines sont plus épaisses, mais surtout… qu’elles n’ont pas de tubercules – ce qui leur a valu la dénomination de Solanum etuberosum.

3 Récemment, des scientifiques ont suggéré une parenté entre les espèces sauvages tubéreuses et non tubéreuses, ou avec les tomates… sans réponse phylogénétique satisfaisante jusque-là. Pour percer ce mystère persistant de l’origine des tubercules, Zhiyang Zhang, de l’institut de génomique agricole de Shenzhen, en Chine, et ses collègues ont reconstitué l’arbre phylogénétique des pommes de terre sauvages.

4 Les chercheurs ont comparé le génome d’une centaine d’espèces de Petota sauvages prélevées sur le continent américain avec ceux de quinze espèces de tomates (des espèces cultivées et sauvages originaires de la côte est du Pérou, de l’Équateur et de la Colombie) et de neuf espèces de Solanum etuberosum et proches apparentées.

5 Ils ont constaté que toute la section Petota est directement apparentée à deux groupes de Solanum non tubérifères, les tomates d’une part, les etuberosum d’autre part. Cette ascendance génomique mixte et stable révèle une hybridation ancienne, que Zhiyang Zhang et ses collègues datent de quelque 8,6 millions d’années : environ 60 % du génome des espèces de la lignée Petota dérive du groupe etuberosum et 40 % du groupe des tomates. Ces deux groupes auraient divergé il y a environ 13 millions d’années, pour se recroiser quelques millions d’années plus tard. Un événement rare, d’autant plus qu’il a donné un hybride fertile.

6 L’équipe a également retracé l’origine des principaux gènes liés à la formation des tubercules de la pomme de terre. Parmi ceux qu’on a identifiés comme importants, le gène SP6A est issu des tomates et indique à la plante quand commencer à fabriquer des tubercules, et le gène IT1 provient d’etuberosum et contrôle la croissance des tiges souterraines qui les produit. L’un et l’autre sont indispensables pour former des tubercules alors que, de façon surprenante, ils proviennent de parents incapables d’en produire. Ainsi, les espèces de la section Petota seraient issues d’un hybride interspécifique, qui a combiné ces gènes de la tomate et d’etuberosum.

7 Cette innovation évolutive serait à l’origine, à la même époque, de l’explosion de nouvelles espèces de pommes de terre et, in fine, de la diversité de celles que nous consommons aujourd’hui. Cette diversification a coïncidé avec le soulèvement de la cordillère des Andes qui a engendré de nouveaux environnements écologiques, notamment montagnards, avec des conditions climatiques difficiles. Grâce à leurs tubercules d’où sortent les futurs bourgeons, ces pommes de terre nouvelles étaient adaptées à ces environnements, y compris pour leur reproduction, qui ne nécessite pas de pollinisateurs. De quoi se diversifier, s’étendre rapidement, occuper diverses niches écologiques et constituer ainsi plusieurs dizaines d’espèces tubéreuses différentes… dont une, adaptée à nos climats, a rejoint nos assiettes au XVI^e siècle.

Comparaison d’un plant de Solanum etuberosum sans turbercules et un plant de pomme de terre, Solanum tuberosum, avec ses tubercules.

Comparaison d’un plant de Solanum etuberosum sans turbercules et un plant de pomme de terre, Solanum tuberosum, avec ses tubercules.