困扰学界百年的“孟德尔豌豆之谜”破解

困扰学界百年的“孟德尔豌豆之谜”破解

科技日报北京4月26日电 (记者马爱平)记者26日从中国农业科学院获悉,该院深圳农业基因组研究所(岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心)程时锋团队联合英国约翰·英纳斯中心等国际团队,在国际学术期刊《自然》发表重大成果,首次从分子层面全面揭示了孟德尔豌豆七大遗传性状的基因密码,成功破解了困扰学界百年的“孟德尔豌豆之谜”。

1865年,“现代遗传学之父”格雷戈尔·孟德尔选定的七对豌豆性状——种子形状、颜色、花色、花位、荚形、荚色和株高,成为遗传学研究的起点。然而,直至21世纪初,仍有三对性状(果荚颜色、果荚形状、花的位置)的分子机制未被揭示,成为百年未解之谜。

2019年,程时锋在英国约翰·英纳斯中心种质库偶遇一批百年豌豆样本时,一个大胆的设想浮现:在全球范围内重建“孟德尔豌豆园”。5年间,约700份来自六大洲的豌豆在深圳、哈尔滨等地生长,研究团队调查了80余个农艺性状,最终锁定了控制剩下3个性状的4个关键基因。

研究结果显示,孟德尔观察的性状变异远比想象中复杂:从单碱基突变到基因组大片段缺失,从转座子插入到转录融合,自然界常见的遗传变异机制尽数呈现。“例如,果荚颜色由一段100kb的基因组缺失导致叶绿素合酶基因异常表达,而非传统认知的基因突变;而控制花位置的基因则涉及类受体激酶信号通路失活,引发茎尖分生组织畸变。”程时锋说,此外,研究团队在解析花色性状时,还发现了一个“基因修复”的奇迹:一株本应开白花的豌豆,因内含子突变意外恢复了花青素合成功能,重绽紫色花朵。

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