Longtemps restée énigmatique, l’origine de la pomme de terre vient d’être reconstituée par des chercheurs, grâce à un surprenant ancêtre commun en Amérique du Sud.
Une équipe internationale de scientifiques affirme avoir enfin reconstitué l’histoire évolutive de la pomme de terre, raconte le média en ligne allemand ntv. Au cœur de cette enquête menée en Amérique du Sud : une ancienne hybridation naturelle entre la tomate et une plante proche de la pomme de terre, survenue plusieurs millions d’années avant son arrivée sur les tables européennes.
Une énigme botanique enfin éclaircie
Star des champs européens, la pomme de terre est pourtant originaire du continent américain. Elle n’a traversé l’Atlantique qu’à partir du XVIe siècle, après les expéditions espagnoles. Mais la question de son origine exacte au sein de la famille des solanacées, qui comprend aussi la tomate et l’aubergine, résistait encore aux chercheurs.
Physiquement, les pommes de terre cultivées ressemblent beaucoup à trois espèces proches, observées au Chili et regroupées sous le nom d’Etuberosum. Problème : ces parentes ne forment pas de tubercules, alors que la pomme de terre doit sa réussite mondiale précisément à sa grosse tige souterraine gorgée de réserves.
Autre paradoxe : les analyses génétiques menées ces dernières années montraient que la pomme de terre est plus étroitement apparentée à la tomate qu’à ces espèces chiliennes sans tubercule. D’où un conflit entre l’apparence des plantes et leur ADN, qui restait sans explication claire.
Les chercheurs concluent que la pomme de terre moderne est issue d’une hybridation naturelle entre une plante apparentée aux pommes de terre chiliennes et un ancêtre de la tomate, en Amérique du Sud, il y a environ 9 millions d’années.
Pour démêler cette histoire, l’équipe a séquencé et comparé des centaines de génomes de pommes de terre cultivées et plusieurs dizaines d’espèces sauvages apparentées, détaillent les auteurs dans la revue scientifique Cell Press.
Une pomme de terre née d’un ancien croisement avec la tomate
Les résultats convergent : chaque espèce de pomme de terre analysée possède une combinaison stable et équilibrée de matériel génétique provenant à la fois des plantes de type Etuberosum et des tomates. Selon les chercheurs, cette signature ne peut s’expliquer que par un ancien croisement, suivi d’une longue histoire d’évolution.
D’après leurs travaux, les lignes évolutives qui ont donné les tomates actuelles et les plantes de type Etuberosum partageaient un ancêtre commun il y a environ 14 millions d’années. Elles se seraient séparées, puis seraient restées suffisamment proches génétiquement pour pouvoir encore se croiser près de 5 millions d’années plus tard.
C’est à ce moment-là, il y a environ 9 millions d’années, qu’aurait eu lieu l’hybridation fondatrice. Les premiers descendants de ce croisement portaient déjà la capacité de former des tubercules souterrains, une innovation qui allait tout changer.
Deux gènes clés pour fabriquer un tubercule
L’étude ne se contente pas de proposer un scénario global ; elle identifie aussi des pièces maîtresses au niveau moléculaire. Les chercheurs ont mis en évidence deux gènes décisifs dans l’apparition de la « superpuissance » de la pomme de terre : sa tubérisation.
Un gène issu de la lignée tomatée, qui déclenche le démarrage de la formation du tubercule.
Un gène provenant de la lignée de type Etuberosum, qui contrôle la croissance de la tige souterraine à partir de laquelle se forme le tubercule.
Sans l’un ou l’autre de ces gènes, insistent les auteurs, les descendants hybrides n’auraient pas été capables de former de véritables tubercules fonctionnels. Autrement dit, la pomme de terre telle que nous la connaissons est le produit d’un assemblage très précis de fonctions héritées de deux branches différentes de la famille des solanacées.
L’équipe montre que la capacité à former un tubercule résulte de la combinaison de deux gènes complémentaires, l’un d’origine tomatée, l’autre issu d’une plante apparentée à la pomme de terre mais dépourvue de tubercule.
Une innovation parfaite pour les Andes
Cette innovation ne s’est pas produite n’importe quand. Les chercheurs la replacent dans un contexte géologique très particulier : la formation et l’élévation progressive de la cordillère des Andes en Amérique du Sud.
À mesure que ces montagnes se soulevaient, de nouveaux milieux voyaient le jour : fortes amplitudes thermiques, saisons marquées, sols pauvres, conditions parfois extrêmes pour des plantes fragiles. Dans cet environnement changeant, la présence d’un organe souterrain de stockage d’amidon offrait un avantage évident.
Le tubercule agit comme une réserve d’énergie et de nutriments, protégée dans le sol. Il permet à la plante :
de survivre à des périodes de froid, de sécheresse ou de manque de lumière ;
de redémarrer une nouvelle tige lorsque les conditions redeviennent favorables ;
de se multiplier sans passer par la graine ni dépendre de la pollinisation.
Sanwen Huang, de l’Académie chinoise des sciences agricoles, cité par la communication relayée par ntv, résume l’enjeu : la formation d’un tubercule a donné aux premières pommes de terre un avantage décisif dans ces milieux difficiles, favorisant une diversification rapide des espèces. C’est cette richesse que l’on retrouve aujourd’hui dans la grande diversité de variétés cultivées ou sauvages.
En stockant ses réserves sous terre, la pomme de terre s’est adaptée au climat rude des Andes et a pu se diversifier en de nombreuses espèces, bien avant sa domestication par les populations humaines.
Ce que révèle cette étude sur l’évolution des plantes
Pour les biologistes, cette reconstitution dépasse largement le simple cas de la pomme de terre. Elle illustre la façon dont une hybridation entre espèces, souvent perçue comme un accident ponctuel, peut déboucher sur l’apparition de caractères entièrement nouveaux, puis sur la création de nouvelles lignées.
La nature réalise parfois, sur des millions d’années, ce que les sélectionneurs tentent de faire en croisant des variétés à la recherche d’assemblages génétiques intéressants. Ici, la rencontre de deux plantes proches mais distinctes a combiné des fonctions jusque-là séparées, ouvrant la voie à un nouveau type d’organisme particulièrement adapté à un milieu précis.
Les auteurs rappellent aussi que d’autres cultures importantes reposent sur des organes de réserve souterrains, comme l’igname ou le taro en Asie du Sud-Est. Comprendre comment ces structures se mettent en place, quels gènes les contrôlent et dans quel contexte elles apparaissent peut aider à réfléchir à l’adaptation des cultures au changement climatique.
La pomme de terre en France : un héritage lointain, devenu produit du quotidien
Pour un lecteur français, cette histoire se joue très loin dans le temps et dans l’espace, mais elle concerne un aliment omniprésent. La pomme de terre n’est arrivée en Europe que bien après l’épisode d’hybridation décrit par les chercheurs, importée depuis les Andes par les colons espagnols à partir du XVIe siècle.
En France, il faudra attendre plusieurs siècles pour qu’elle devienne un pilier de l’alimentation. L’armée, les agronomes et les médecins ont progressivement reconnu son intérêt nutritionnel et agricole. Aujourd’hui, elle est encadrée par toute une filière : agriculteurs, instituts techniques, sélectionneurs, coopératives et transformateurs.
Le travail décrit par Cell Press rejoint d’ailleurs les préoccupations actuelles de la recherche agronomique française, portée notamment par l’Inrae et les instituts spécialisés dans les cultures de plein champ. Les chercheurs français s’intéressent eux aussi aux gènes contrôlant la forme des tubercules, leur résistance aux maladies ou leur capacité à supporter la chaleur et la sécheresse.
En comprenant comment la nature a « inventé » le tubercule il y a 9 millions d’années, les chercheurs disposent de nouvelles pistes pour sélectionner des pommes de terre plus robustes face aux stress climatiques actuels.
La comparaison génétique entre tomates et pommes de terre intéresse également la sélection variétale en France, où les deux cultures sont importantes. Certaines stratégies consistent déjà à identifier des gènes utiles dans l’une pour les transférer, par croisement classique ou par biotechnologies, dans l’autre.
Un mot sur la tubérisation : que se passe-t-il sous la terre ?
Pour mieux comprendre la portée de cette étude, il faut rappeler ce qu’est exactement un tubercule. Il ne s’agit pas d’une racine au sens strict, mais d’une tige souterraine transformée. Chez la pomme de terre, les tiges horizontales qui courent dans le sol, appelées stolons, se renflent progressivement et accumulent de l’amidon et d’autres réserves.
Les gènes mis en avant par les chercheurs interviennent à deux moments : la décision de la plante de convertir une portion de stolon en organe de stockage, puis le contrôle précis de la croissance de ce renflement. Température, durée du jour, disponibilité en nutriments influencent cette décision, ce qui explique que certaines variétés forment plus ou moins bien leurs tubercules selon les régions.
Pour l’agriculteur français, ces mécanismes se traduisent très concrètement : choix variétal adapté à la région, date de plantation, gestion de l’irrigation et de la fertilisation. Chaque paramètre influe sur la façon dont la plante utilisera cette capacité héritée d’une ancienne hybridation sud-américaine.
À l’avenir, les connaissances génétiques sur l’origine de la pomme de terre pourraient aussi aider à exploiter davantage les espèces sauvages apparentées, notamment celles qui résistent mieux aux maladies ou à la chaleur. Ces « cousines » andines forment un réservoir de traits utiles pour les programmes de sélection, y compris en Europe.
Comment les chercheurs ont-ils découvert que la pomme de terre venait d'une hybridation avec la tomate ?
En séquençant et comparant les génomes de centaines de pommes de terre cultivées et plusieurs dizaines d'espèces sauvages apparentées, l'équipe a observé que chaque espèce possédait une combinaison stable de matériel génétique provenant à la fois des plantes de type Etuberosum et des tomates. Cette signature ne peut s'expliquer que par un ancien croisement suivi d'une longue évolution.
Quels deux gènes ont permis à la pomme de terre de former des tubercules ?
Un gène issu de la lignée tomatée déclenche le démarrage de la formation du tubercule, tandis qu'un gène provenant de la lignée de type Etuberosum contrôle la croissance de la tige souterraine à partir de laquelle se forme le tubercule. Sans l'un ou l'autre, les descendants hybrides n'auraient pas pu former de véritables tubercules fonctionnels.
Pourquoi la formation de tubercules était-elle un avantage dans les Andes ?
À mesure que la cordillère des Andes se soulevait, de nouveaux milieux se créaient avec des conditions extrêmes : fortes amplitudes thermiques, saisons marquées et sols pauvres. Le tubercule agissait comme réserve d'énergie et de nutriments protégée dans le sol, permettant à la plante de survivre au froid, à la sécheresse et au manque de lumière.
Quand la pomme de terre a-t-elle traversé l'Atlantique vers l'Europe ?
La pomme de terre n'a traversé l'Atlantique qu'à partir du XVIe siècle, après les expéditions espagnoles, soit plusieurs millions d'années après son apparition en Amérique du Sud.
Quel est l'intérêt de cette découverte pour l'adaptation des cultures au changement climatique ?
Comprendre comment les structures de réserve souterraine se mettent en place, quels gènes les contrôlent et dans quel contexte elles apparaissent peut aider à réfléchir à l'adaptation des cultures, notamment d'autres cultures importantes comme l'igname ou le taro, au changement climatique.
