Генетика, как наука, берет свое начало в середине XIX века благодаря трудам австрийского монаха Грегора Менделя. Его эксперименты на горохе (Pisum sativum) заложили фундамент для понимания наследования признаков. Несмотря на то, что прошло более 160 лет с момента публикации его работ, до сих пор оставались неизвестными гены, отвечающие за три из семи признаков гороха, которые он изучал. Недавнее исследование, опубликованное в Nature в апреле 2025 года, наконец-то проливает свет на эти генетические тайны и подтверждает важность Менделевых открытий для современной науки. Мендель в середине XIX века скрестил около 28 000 растений гороха, исследуя такие характеристики, как цвет и форма цветов, семян и стручков.
Его кропотливая работа привела к выдвижению идей о наследственных «факторах», ныне известных как гены и аллели. Мендель показал, что определённые признаки передаются потомству в доминантной или рецессивной формах, что стало основой классической генетики. Однако, несмотря на огромный вклад монаха-исследователя, отдельные аспекты генетики его гороха оставались необъясненными до наших дней. Проблема заключалась в том, что три из изученных им семи признаков не были связаны с конкретными генами. Это оставалось загадкой для ученых, так как это противоречило базовым понятиям о наследовании.
Настоящее открытие стало возможным благодаря современным технологиям секвенирования генома и сравнению геномных данных, которые буквально перевернули представления о генетике растения. В 2019 году был опубликован первый референсный геном Pisum sativum, что стало значительным прорывом для исследования гороха. Однако анализ оставшихся неизвестных генов требовал гораздо более глубоких знаний и масштабных усилий. Международная команда ученых, возглавляемая Ноамом Чайютом из John Innes Centre в Великобритании, применила инновационные методы секвенирования и анализа данных. Ученые собрали почти 700 геномов гороха из более чем 3 500 вариантов, хранящихся в специальной коллекции семян.
Сравнение миллионов однонуклеотидных полиморфизмов (SNP), то есть точечных изменений в ДНК, позволило связать конкретные гены с тремя загадочными признаками: цветом стручков, формой стручков и расположением соцветий на растении. Цвет стручков теперь известен как результат работы гена, который нарушает биосинтез хлорофилла. Если функция этого гена изменена, стручки проявляются либо зеленым, либо желтым цветом. Понимание этих механизмов помогает объяснить разнообразие внешнего облика растения и открывает новые возможности для селекции. Форма стручка определяется двумя генами, которые влияют на толщину клеточных стенок в тканях растения.
Изменения в этих генах вызывают деформации и развивают различные формы стручков — от гладких до морщинистых. Эти открытия важны для агрономов, стремящихся улучшить урожайность и удобство сбора гороха. Третий признак связан с феноменом, известным как фасциация — изменением формы соцветий, которое возникает при удалении участка в одном из генов. Эта генетическая мутация приводит к слиянию ветвей или скоплению цветов, что может оказать влияние на плодоношение и структуру растения. Раскрытие таких сложных генетических явлений позволяет точно управлять признаками важных сельскохозяйственных культур.
Работы длились около шести лет и потребовали объединения усилий специалистов из разных областей: генетиков, биоинформатиков, селекционеров и молекулярных биологов. Сотрудничество и междисциплинарный подход стали ключом к успеху, показав насколько важны синергия и современные технологии в решении вековых научных задач. Результаты исследования не только завершают один из последних недостающих пазлов в наследии Менделя, но и открывают дверь для новых исследований в области геномики растений. Современные достижения в изучении генома гороха помогут как повысить качество растительного белка, так и разработать более устойчивые к болезням и неблагоприятным условиям сорта. Это особенно важно в контексте растущего спроса на растительные источники питания и необходимости продовольственной безопасности.
Отдельное значение имеет понимание того, каким образом традиционные знания и методы научного исследования объединяются с передовыми биотехнологиями. Опыт Менделя и его интуитивный научный подход вдохновляют современные поколения ученых на новые открытия, подтверждая, что фундаментальные принципы генетики остаются актуальными и сегодня. Все это вместе демонстрирует, что развитие биологических наук — это постоянный процесс, где каждый новый шаг основывается на достижениях прошлых исследований. Загадка гороха Менделя, наконец, решена благодаря комбинации уникальных коллекций, современных вычислительных методов и глубокой научной страсти, подтверждая непреходящую важность классических экспериментов для современной науки. Введение в геномное исследование растений помогает научному сообществу создавать инновационные технологии сельского хозяйства, которые отвечают вызовам XXI века.
Таким образом, изучение наследственных признаков гороха не только раскрывает тайны прошлого, но и формирует будущее продовольственной и биотехнологической отрасли, поднимая вопросы устойчивого развития и здоровья населения на новый уровень.
