Грегор Мендель, известный как основатель современной генетики, провел одну из самых значимых научных работ XIX века, исследуя наследственность на примере гороха (Pisum sativum). Его серию опытов с перекрестным опылением более 28 000 гороховых растений до сих пор считают краеугольным камнем в понимании генетических законов. Мендель впервые предположил существование наследственных факторов, которые передаются от родителей к потомкам и определяют признаки, такие как цвет и форма семян и стручков. Несмотря на его прорыв, точные гены, которые лежат в основе трех из семи изученных им признаков, долгое время оставались загадкой для науки. Лишь недавно коллектив ученых во главе с Ноамом Чаютом из John Innes Centre в Великобритании сумел раскрыть эту тайну, что стало настоящим прорывом в области молекулярной генетики растений.
Путь к разгадке был нелегким и занял около шести лет интенсивных исследований. Первым шагом стало опубликование в 2019 году полного референсного генома Pisum sativum, который дал ученым фундаментальные данные о структуре ДНК гороха. Однако самой большой задачей оставалось выявить конкретные гены, связанные с последними тремя признаками, которые Мендель выделил в своих опытах, — цвет стручков, форму стручков и особенности цветения, известные как фасциация. Использование передовых методов секвенирования и современные вычислительные технологии позволили собрать и проанализировать почти 700 геномов различных сортов гороха, что дало огромный массив данных с примерно 155 миллионами однонуклеотидных полиморфизмов. Благодаря сочетанию методов селективного скрещивания и анализа ассоциаций по всему геному, исследователи смогли выявить, что цвет стручков контролируется геном, влияющим на синтез хлорофилла.
Мутации в этом гене вызывают изменение окраски от зеленого к желтому, что соответствует наблюдениям Менделя. Форма стручков оказалась связана с двумя другими генами, которые влияют на утолщение клеточных стенок, изменяя таким образом конструктивные особенности стручка. Нарушения в этих генах приводят к различным вариациям формы стручков, что полностью согласуется с фенотипическими характеристиками, которые ранее описал Мендель. Третья особенность — фасциация цветков, то есть ветвление или их скопление — была выявлена как результат делеции в определенном гене, которая меняет морфогенез цветочных образований. Данное открытие предоставляет новые биологические механизмы для понимания регуляции развития растений и сажает основу для будущих исследований в области агропромышленных культур.
Раскрытие этих генов не только разрешило историческую научную загадку, но и продвинуло геномику гороха как важного источника растительного белка, что имеет огромный потенциал для сельского хозяйства и питания. Понимание механизмов наследования и генетических основ таких признаков может ускорить селекцию устойчивых и продуктивных сортов, адаптированных к меняющимся климатическим условиям и требованиям рынка. Междисциплинарная команда, объединившая генетиков, молекулярных биологов и агрономов, сумела создать уникальный синтез знаний и технологий, что и стало ключом к успеху. Их сотрудничество подчеркивает важность комплексного подхода в решении сложных научных задач. Полученные результаты были опубликованы в престижном научном журнале Nature и уже вызвали широкий резонанс в научном сообществе.
