孟德爾實驗

160年前，奧地利修道士孟德爾（Gregor Johann Mendel）在修道院的花園里種下了上萬株豌豆（

Pisum sativum

近幾十年來，科學家不斷將這些性狀映射到DNA序列上，逐步解析其基因基礎。最早被確認的，是控制種子形狀的基因。隨后，研究人員相繼識別出控制植株高度、花色和種子顏色的相關(guān)基因。然而，在孟德爾所提出的七種性狀中，仍有三項未能明確其基因基礎。

近日，一項由中國科學家主導的國際研究團隊，為孟德爾留下的遺傳故事增添了新的篇章。研究團隊結(jié)合了基因組學、生物信息學與遺傳學手段，構(gòu)建了全球豌豆品種的多樣性圖譜，明確了其余三種性狀背后的基因，并識別出許多可供育種者利用的有用基因。

解鎖基因組

研究人員從全球約3500份豌豆樣本中，精選出700份具有代表性的樣本進行深度測序，識別出1.55億個單核苷酸多態(tài)性（SNP）的遺傳標記，構(gòu)建出覆蓋馴化品種、地方品種和野生親緣種的全球豌豆基因組圖譜。

基于這些數(shù)據(jù)，研究團隊確定了與可以控制豆莢顏色、豆莢形狀和花的位置的基因。例如，他們發(fā)現(xiàn)，豆莢的顏色是由一種干擾葉綠素生物合成的基因控制的，這種基因會導致豌豆莢要么是綠色的，要么是黃色的。

除了將基因與剩下的三個性狀聯(lián)系起來之外，研究團隊還利用全基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS）技術(shù)，分析了72項與農(nóng)業(yè)相關(guān)的豌豆形狀，并將這些形狀與相應的基因組位置聯(lián)系了起來。這些位置上的許多不同的遺傳標記可以用來加速豌豆的改良。

這項研究產(chǎn)生了62TB的原始數(shù)據(jù)，相當于25.6萬億條信息，若打印出來可鋪滿36億張A4紙。這些數(shù)據(jù)已全部公開，仍有大量信息等待深入挖掘。

延續(xù)與躍遷

孟德爾在19世紀進行的雜交實驗，總共涉及約28,000株豌豆。他在尚不知“基因”為何物的時代，通過觀察性狀分離，揭示了顯性與隱性遺傳的規(guī)律，奠定了現(xiàn)代遺傳學的根基。有科學史學家稱其為“有史以來最好的實驗”。

那時，孟德爾之所以選擇豌豆作為實驗對象，不僅因為它是理想的模式生物，也因為它是一種重要的經(jīng)濟作物。他希望通過實驗幫助解決種植中的真實問題來改進這一作物。如今，這項新的研究不僅補充并擴展了孟德爾的發(fā)現(xiàn)，也為包括中國在內(nèi)的多個國家的豌豆種植和育種提供了關(guān)鍵支持。

豌豆作為一種豆科作物，不僅蛋白質(zhì)含量高，且具備固氮能力，有助于減少化肥使用，降低農(nóng)業(yè)對土地與水體的環(huán)境壓力。這些特性使其成為發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)的重要作物。新的研究成果為全球科學家和育種家提供了一套全新的基因庫與基因組資源，有望徹底變革豌豆的育種方式，并為這類具有重要生態(tài)意義的豆科作物的研究打開新的篇章。

展望未來，這些基因組資源將與基因編輯、RNA測序、長讀長測序等先進技術(shù)結(jié)合使用，進一步推動新基因的發(fā)現(xiàn)，發(fā)展更具預測性的育種方法。例如，利用人工智能模型篩選最優(yōu)基因組合，有望培育出高產(chǎn)、抗病、營養(yǎng)豐富的豌豆新品種，為全球農(nóng)業(yè)帶來切實收益。

#參考來源：

https://www.jic.ac.uk/press-release/a-legacy-unlocked-mendel-inspired-breakthrough-that-could-transform-global-pea-farming/

https://www.nature.com/articles/d41586-025-01269-8

https://www.science.org/content/article/massive-pea-study-solves-last-genetic-riddles-famed-friar

#圖片來源：

封面圖&首圖：John Innes Centre