Грегор Мендель, восьмидесятых число лет назад, стал основоположником генетики благодаря тщательным экспериментам с садовым горохом Pisum sativum. Изучая наследование различных признаков у растений, он сформулировал важнейшие законы наследственности, которые легли в основу современной науки о генах. Мендель экспериментировал с семью основными признаками гороха — от цвета и формы семян до формы стручков и их окраски. Однако почти два века спустя, несмотря на значительный прогресс в генетике, природа трех признаков гороха, исследованных Менделем, оставалась невыясненной. Этот феномен долгое время вызывал научный интерес и непонимание, порождая многочисленные гипотезы и дебаты о том, какие именно гены отвечают за эти черты.
Только недавно благодаря объединению мощных методов анализа ДНК и самым современным биоинформатическим инструментам исследователи смогли определить точные гены, управляющие последними загадочными признаками, отмеченными в работах Менделя. Прорыв был достигнут командой ученых из John Innes Centre в Великобритании при сотрудничестве с международными генетиками и биологами. Исследование опиралось на анализ сотен различных вариантов гороха, хранящихся в одном из крупнейших мировых семенных банках. Благодаря глубокому секвенированию сотен геномов и детальному просмотру множественных точечных мутаций (SNPs) была выполнена комплексная оценка вариантов генов и их связи с соответствующими фенотипическими признаками. Одним из ключевых открытий стало выявление гена, регулирующего цвет стручков гороха.
Ранее этот признак оставался загадкой, но теперь стало известно, что он зависит от гена, отвечающего за процесс биосинтеза хлорофилла. Мутации в этом гене приводят к изменению окраски стручков с зелёного на жёлтый, что совпадает с наблюдениями Менделя. Помимо окраски, ученые выявили два гена, которые напрямую влияют на форму стручков. Эти гены, связанные с процессами утолщения клеточных стенок, определяют, будет ли плод гороха гладким и округлым или с заметными природными изгибами и выпуклостями. Этот результат позволил наконец объяснить долго загадочные морфологические аспекты гороха, подтверждая гипотезы, которые строились еще в прошлом веке.
Также исследователям удалось понять генетический механизм, управляющий фасциацией — изменением ветвления и скоплением цветков на растениях. Был обнаружен ген, в котором специфическое удаление части генетической информации вызывает данный фенотипический эффект. Данную мутацию удачно проследили сквозь поколения растений, что позволило не только идентифицировать ее генетическую природу, но и показать, как она сказывается на развитии гороха. Работа не ограничивается только историческим интересом — данные открытия имеют и практическое значение для современной агрономии и растениеводства. Понимание языковых и функциональных особенностей генов гороха открывает новые возможности для целенаправленной селекции и повышения урожайности, устойчивости к заболеваниям и адаптации к климатическим изменениям.
Горох является одним из основных источников растительного белка и важной культурой, особенно в рамках тренда на экологически чистое и вегетарианское питание, что делает генетические исследования особенно актуальными с экономической и экологической точек зрения. Сложность и масштаб научного сотрудничества, приведшего к этим открытиям, подчёркивает, насколько важен мультидисциплинарный подход. В команде сочетались навыки молекулярной биологии, генетики, агрономии, биоинформатики и статистики для объединения показателей полногеномного секвенирования, фенотипического анализа, и селекционных экспериментов. Работа длилась более шести лет и представляет собой образец тщательного и систематического научного поиска, который имеет прямую связь с классическим наследием Менделя и его непревзойденным вкладом в биологию. Сегодня, спустя более чем шестьдесят лет после публикации полного генома Pisum sativum, ученые вернулись к истокам классической генетики, чтобы ответить на вопросы, которые оставались без ответа со времен зарождения науки о наследственности.
