困擾學(xué)界百年的“孟德爾豌豆之謎”破解

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科技日?qǐng)?bào)北京4月26日電 （記者馬愛平）記者26日從中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院獲悉，該院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所（嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室深圳分中心）程時(shí)鋒團(tuán)隊(duì)聯(lián)合英國約翰·英納斯中心等國際團(tuán)隊(duì)，在國際學(xué)術(shù)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(xué)界百年的“孟德爾豌豆之謎”。

1865年，“現(xiàn)代遺傳學(xué)之父”格雷戈?duì)枴っ系聽栠x定的七對(duì)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(xué)研究的起點(diǎn)。然而，直至21世紀(jì)初，仍有三對(duì)性狀（果莢顏色、果莢形狀、花的位置）的分子機(jī)制未被揭示，成為百年未解之謎。

2019年，程時(shí)鋒在英國約翰·英納斯中心種質(zhì)庫偶遇一批百年豌豆樣本時(shí)，一個(gè)大膽的設(shè)想浮現(xiàn)：在全球范圍內(nèi)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(tuán)隊(duì)調(diào)查了80余個(gè)農(nóng)藝性狀，最終鎖定了控制剩下3個(gè)性狀的4個(gè)關(guān)鍵基因。

研究結(jié)果顯示，孟德爾觀察的性狀變異遠(yuǎn)比想象中復(fù)雜：從單堿基突變到基因組大片段缺失，從轉(zhuǎn)座子插入到轉(zhuǎn)錄融合，自然界常見的遺傳變異機(jī)制盡數(shù)呈現(xiàn)。“例如，果莢顏色由一段100kb的基因組缺失導(dǎo)致葉綠素合酶基因異常表達(dá)，而非傳統(tǒng)認(rèn)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(hào)通路失活，引發(fā)莖尖分生組織畸變。”程時(shí)鋒說，此外，研究團(tuán)隊(duì)在解析花色性狀時(shí)，還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)“基因修復(fù)”的奇跡：一株本應(yīng)開白花的豌豆，因內(nèi)含子突變意外恢復(fù)了花青素合成功能，重綻紫色花朵。