困擾學界百年的“孟德爾豌豆之謎”破解

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科技日報北京4月26日電 （記者馬愛平）記者26日從中國農業(yè)科學院獲悉，該院深圳農業(yè)基因組研究所（嶺南現(xiàn)代農業(yè)科學與技術廣東省實驗室深圳分中心）程時鋒團隊聯(lián)合英國約翰·英納斯中心等國際團隊，在國際學術期刊《自然》發(fā)表重大成果，首次從分子層面全面揭示了孟德爾豌豆七大遺傳性狀的基因密碼，成功破解了困擾學界百年的“孟德爾豌豆之謎”。

1865年，“現(xiàn)代遺傳學之父”格雷戈爾·孟德爾選定的七對豌豆性狀——種子形狀、顏色、花色、花位、莢形、莢色和株高，成為遺傳學研究的起點。然而，直至21世紀初，仍有三對性狀（果莢顏色、果莢形狀、花的位置）的分子機制未被揭示，成為百年未解之謎。

2019年，程時鋒在英國約翰·英納斯中心種質庫偶遇一批百年豌豆樣本時，一個大膽的設想浮現(xiàn)：在全球范圍內重建“孟德爾豌豆園”。5年間，約700份來自六大洲的豌豆在深圳、哈爾濱等地生長，研究團隊調查了80余個農藝性狀，最終鎖定了控制剩下3個性狀的4個關鍵基因。

研究結果顯示，孟德爾觀察的性狀變異遠比想象中復雜：從單堿基突變到基因組大片段缺失，從轉座子插入到轉錄融合，自然界常見的遺傳變異機制盡數呈現(xiàn)。“例如，果莢顏色由一段100kb的基因組缺失導致葉綠素合酶基因異常表達，而非傳統(tǒng)認知的基因突變；而控制花位置的基因則涉及類受體激酶信號通路失活，引發(fā)莖尖分生組織畸變。”程時鋒說，此外，研究團隊在解析花色性狀時，還發(fā)現(xiàn)了一個“基因修復”的奇跡：一株本應開白花的豌豆，因內含子突變意外恢復了花青素合成功能，重綻紫色花朵。