Грегор Мендель, августинский монах и основатель современной генетики, более 160 лет назад провел выдающиеся эксперименты с горохом Pisum sativum, описывая основы наследования признаков. Его исследования включали изучение семи характеристик растений, таких как цвет цветка, форма семян и цвет стручков. Однако до недавнего времени ученые не могли с точностью определить конкретные гены, отвечающие за три из этих ключевых признаков. Эта загадка, длившаяся веками, была наконец решена с помощью современных методов геномики и селекции. Новой вехой в изучении генетики гороха стала публикация в журнале Nature в апреле 2025 года, где исследователи раскрыли, какие именно гены влияют на цвет стручков, форму стручков и образование цветочных соцветий у гороха.
Согласно статье, опубликованной группой ученых из John Innes Centre в Великобритании, был использован передовой набор инструментов, включающий глубокое секвенирование почти 700 геномов различных сортов гороха. Используя большой биобанк, содержащий более 3500 вариантов гороха, исследователи анализировали порядка 155 миллионов однонуклеотидных полиморфизмов – точечных изменений в ДНК, которые позволяют выявить связь между определенными генами и признаками растений. Для поиска ключевых генов была применена комплексная методология, включающая методы селекции, ассоциационные геномные исследования и современные вычислительные инструменты. Эти подходы позволили выявить, что цвет стручков регулируется геном, влияющим на биосинтез хлорофилла. В случае дефицита активности этого гена стручки приобретают желтый цвет вместо зеленого.
Что касается формы стручка, то в ней задействованы два гена, которые влияют на утолщение клеточной стенки при его развитии. Нарушение их функционирования приводит к изменению формы стручка. Особое внимание в исследовании уделялось феномену, известному как фасциация – изменению порядка ветвления и структуры цветов, что связано с удалением сегмента в гене, контролирующем этот процесс. Обнаружение генов, лежащих в основе этих признаков, стало возможным благодаря междисциплинарному сотрудничеству ученых с разной квалификацией: генетиков, молекулярных биологов, специалистов по вычислительной биологии и агрономов. Работа над изучением именитых признаков Менделя длилась около шести лет, подчеркивая сложность и тщательность проведенного исследования.
Впервые идентифицировав конкретные участки ДНК, контролирующие до сих пор неизученные признаки, исследователи открывают двери для развития новых сортов гороха с желательными свойствами. Горох как источник растительного белка приобретает все большее значение в мировой сельскохозяйственной и пищевой промышленности, особенно на фоне стремления к более устойчивому и экологичному производству продуктов питания. Расшифровка генома гороха и выявление конкретных генов позволяет селекционерам создавать растения, более устойчивые к болезням, климатическим изменениям и с улучшенными пищевыми характеристиками. Это является важным шагом на пути расширения использования гороха в качестве альтернативного источника белка для людей во многих странах. Вернувшись на историческую роль исследования Менделя, важно подчеркнуть значимость его труда для современной науки.
Век назад Мендель не имел понятия о молекулах ДНК и генах, однако его выводы заложили фундаментальную основу для генетики. Новые исследования дают еще одно подтверждение того, насколько продуманным и точным было его наблюдение о наследственных факторах, которые сейчас мы называем аллелями. Разрешение старой загадки — это не только историческая победа, но и практический прорыв. Открытие позволит в ближайшем будущем провести более глубокие изучения геномов других культур, что повысит эффективность развития сельскохозяйственных растений и даст толчок к их оптимизации с помощью биотехнологий. Более того, понимание молекулярных механизмов наследования признаков у гороха может быть применено и в биомедицинских исследованиях, учитывая универсальность многих генетических процессов в живых организмах.
Несмотря на грандиозный успех, ученые отмечают, что впереди еще много открытий в мире генетики и растительных наук. Текущие работы лишь показывают, как сочетание классических исследований и современных технологий способно раскрывать тайны природы, некоснувшиеся даже после столетий интенсивных изучений. Подобные достижения подчеркивают значение длительного сотрудничества научных коллективов и необходимости интеграции подходов из разных областей знаний для получения высокоточных и значимых результатов. Таким образом, раскрытие трех загадочных генов гороха Менделя — это пример того, как научное любопытство, подкрепленное инновациями, приводит к пониманию основ биологии, меняющих представления и открывающих новые возможности для человечества.
