腓特烈大帝檢視馬鈴薯收成。圖片取自維基百科
馬鈴薯是全球重要的糧食作物之一，尤其在歐洲佔有舉足輕重的地位。然而，它的四倍體（autotetraploid）基因組長期以來被認為難以解析，也讓育種進展顯得緩慢。近期發表於《Nature》的研究（Sun et al., 2025）以創新的方式建立了歐洲馬鈴薯的泛基因組，顛覆我們對馬鈴薯「基因貧乏」的印象。
為了更深入瞭解馬鈴薯的基因，研究團隊從 19 世紀的重要馬鈴薯品系中，選出 10 個具有代表性的歷史栽培品系：
與愛爾蘭大飢荒有關的Lumper當然是首選；
另外，德國的品系Ackersegen（田地的祝福）、Flava（黃肉）、Prof. Wohltmann（註）；
法國品系Bell de Fontenay（芳登內的美人）；
英國品系Edzell Blue（藍皮）、Flourball（肉質鬆軟如麵粉故得名）；
荷蘭或德國品系Eigenheimer（個人使用者）；
美國品系Katahdin（曾廣泛用於歐洲育種）、White Rose（白皮老品系，在歐洲流行過）。
透過使用 PacBio HiFi 長讀測序與 Hi-C 結構資料，研究團隊製作了「單倍型圖譜（haplotype graph）」作為參考，用來以短讀資料重建新品種的近似基因組（pseudo-genome）。
但是，研究團隊發現，馬鈴薯的多樣性比他們想像得要高！在這些馬鈴薯基因組中，約有40%序列來自南美南部的野生種（Clade 4 South）。這些「基因滲入」（introgression）發生在馴化早期，是造成馬鈴薯核苷酸多樣性極高的主因。
研究團隊發現，每對單倍體之間平均每56個鹼基就有一個變異，變異密度為人類的20倍，阿拉伯芥的 4 倍。不過，每個基因區段平均只有大約9種不同單倍型（理論上可能有40），意味著表現型上的多樣性其實是從少數來源演化而來。
這種「少樣式但多變異」的現象，顯示馬鈴薯的基因多樣性被低估，只是過去缺乏工具辨識這些高度變異序列。
團隊進一步將泛基因組轉化為「單倍型圖譜」（haplotype graph），未來只需使用短讀資料，即可重建多個商業品種的pseudo-genome。他們測試了很受歡迎的商業品系‘Russet Burbank’（我們吃的薯條大概都是用這個品系製作的），發現準確度高達87%，涵蓋率約80%。
這個方法可以讓成本低廉的短讀技術也能應用於四倍體作物的單倍體解析，對於大規模育種族群的分析與選拔非常重要。
另外，透過模擬分析顯示，只要再加入約 24 組基因組，即可涵蓋 95% 的歐洲馬鈴薯變異，屆時將更接近完整的泛基因組。如果能進一步納入近代改良品種的雜交資訊，將可支援「去劣存優」與目標基因編輯。
這項研究顯示，歐洲馬鈴薯的基因多樣性其實並不如原來認知的那樣貧乏，反而在單倍體序列中隱藏著豐富的變異潛力。透過創新的泛基因組建構與單倍型圖譜分析，未來的馬鈴薯育種可以更有效率地探索與利用這些隱藏的基因資源。
參考文獻：
Sun, H., Tusso, S., Dent, C. I., et al. (2025). The phased pan-genome of tetraploid European potato. *Nature*. https://doi.org/10.1038/s41586-025-08843-0
註：「Prof. Wohltmann」馬鈴薯品系是為了紀念德國植物科學家費迪南德·沃爾特曼（Ferdinand Wohltmann，1857–1919）而命名的。他是19世紀末至20世紀初德國農業科學的重要人物，對植物育種、土壤研究和熱帶農業有深遠影響。沃爾特曼曾在哈雷大學（Universität Halle）擔任教授，並接替朱利烏斯·庫恩（Julius Kühn）成為農業研究所的主任。他推動了「永恆黑麥田」（Ewiger Roggenbau）等長期田間試驗，並參與創建殖民地農業學院，支持德國在熱帶地區的農業研究與教學。
「Prof. Wohltmann」品系由奧托·金巴爾（Otto Cimbal）於1895年在德國西里西亞的弗羅姆斯多夫（Frömsdorf）育成。該品種以其高澱粉含量、對晚疫病和乾旱的良好抗性而著稱，並迅速在德國和其他地區廣泛種植。金巴爾以沃爾特曼的名字命名此品系，以表彰他對德國農業科學的貢獻。
目前，「Prof. Wohltmann」仍被視為歷史上重要的馬鈴薯品系之一，常被用作研究馬鈴薯基因多樣性和育種歷史的參考。
