茄属植物的果实种类繁多，从大号的红色西红柿和紫色茄子到马铃薯植物上有毒的绿色浆果，应有尽有。宾夕法尼亚州立大学研究人员领导的国际团队制作了该植物的新改良家谱，有助于解释果实颜色和大小的惊人多样性以及它们可能的进化方式。

研究小组发现，水果的大小和颜色是一起进化的，而食果动物并不是水果进化的主要驱动力，这一点与之前的想法不同。研究人员表示，这项研究发表在《新植物学家》杂志上，或许还能为培育具有更理想性状的农业重要植物提供参考。

“茄属植物有大约 1,300 个物种，是世界上最多样化的植物属之一，”宾夕法尼亚州立大学埃伯利科学学院和哈克生命科学研究所生态学和生物学研究生、论文第一作者 João Vitor Messeder 说道。“自 20 世纪七八十年代以来，研究人员认为鸟类、蝙蝠和其他食果动物推动了茄属植物等果实的进化。然而，在评估肉质果实的多样化时，植物进化史的重要性一直被低估或很少被考虑。为了更好地验证这一假设，我们首先需要制作一个更完善的植物系统发育或家谱，以加深我们对物种间关系的理解。”

茄属植物的果实大小、颜色和营养价值各异。它们的颜色可以是黑色、紫色、红色、绿色、黄色或橙色，大小从不到四分之一英寸到 8 英寸(即 0.5 到 20 厘米)不等。除了重要的农业植物外，该属中的一些植物还因其观赏花而被栽培，其中许多植物的果实可供人类和多种动物食用，包括鸟类、蝙蝠、爬行动物、灵长类动物和其他陆地哺乳动物。

研究人员收集了来自世界各地的植物样本，包括来自巴西、秘鲁和波多黎各的野生植物以及来自植物园的植物，并从 RNA 中对它们的基因进行测序。他们补充了之前收集的样本和公开的数据，最终比较了来自总共 247 个物种的 1,786 个基因的序列，以重建茄属植物的家族树。这包括该属中所有 10 个主要分支(树的分支)的代表，以及 47 个小分支中的 39 个。

“通过使用数千个在物种间共享的基因，我们显著改善了茄属植物的家族树，使其成为迄今为止最全面的家族树，”梅塞德说，他在洪马实验室进行了这项研究。洪马是植物生殖发育和进化 Huck 主席，也是宾夕法尼亚州立大学生物学教授，也是该论文的共同通讯作者。“最近的技术进步使我们能够使用比以前的研究更多的基因，以前的研究在解决物种和分支之间的关系方面面临许多挑战。这棵改良的家族树有助于我们了解不同果实颜色和大小的起源时间，或者它们在新植物物种出现时如何变化。”

研究人员对包括马铃薯和西红柿在内的较小分支以及与它们关系密切和关系较远的野生物种增加了相当大的分辨率。研究人员表示，所获得的见解可以支持这些物种和该属其他作物的作物改良计划。

梅塞德说：“如果重要农作物的近缘野生亲属具有理想的特性，那么就可以与这些物种一起培育作物或借用它们的基因，例如提高对温度或害虫的抵抗力，或生产出更大的果实或特定颜色的果实。”

研究人员发现，茄属植物果实的颜色和大小在进化史上相当保守，这意味着亲缘关系密切的物种往往有相似的果实。果实颜色和大小的进化也是相互关联的，一种特性的变化通常与另一种特性的变化相对应，导致某些颜色的果实比其他颜色的果实更大。

“这些结果表明，生理和分子机制可能在保持水果颜色和大小的进化过程中发挥着作用，”梅塞德说。“虽然食果动物(或主要吃水果的动物)和种子传播者可能会影响多样化，但在研究水果如何变得如此多样化时，我们需要考虑所有可能性。”

研究人员还阐明了该属的起源和分化时间线，部分原因是纳入了来自最古老的茄科化石的最新信息——该化石来自茄科的另一个属，其化石可追溯到约 5200 万年前——以及改进进化分支长度估计的特定基因。研究人员将茄属植物的起源追溯到约 5310 万年前——比之前基于植物细胞其他部分基因的估计早了整整 3000 万年。这描绘了一幅新的环境图景，这种环境可能影响了这些植物如何分化成新的群体和物种。

“地球的环境在 3000 万年中发生了巨大变化，包括温度、大气中的二氧化碳、地理和动物多样性，”梅塞德说。“现在我们知道了茄属植物及其亚群的起源时间，我们可以思考可能促进该种群多样化的条件，以及其他生物可能发挥的作用。”

研究小组发现，茄属植物最早的种有中等大小的浆果，成熟时仍为绿色，而该属植物的绿色和黄色果实在大约 1400 万年前变得更加多样化。研究人员推测，蝙蝠可能在这种多样化中发挥了作用，因为它们的进化时间线相似，而且它们是现代绿色和黄色茄属植物果实的主要传播者。随着新蝙蝠物种的出现和在它们居住的地方的扩张，它们会吃茄属植物的果实，并将种子带到新的环境中。