Раскрыта вековая генетическая тайна гороха Менделя: прорыв в наследственности растений

Крипто-кошельки

Давным-давно, более 160 лет назад, австрийский монах Грегор Мендель провел революционные эксперименты с горохом, которые положили начало науке о генетике. Его тщательные исследования позволили сформулировать основные принципы наследования, оказавшие огромное влияние на биологию. Несмотря на фундаментальное значение трудов Менделя и множество последующих достижений в молекулярной биологии, до сегодняшнего дня оставалась неразрешённой тайна, связанная с тремя из семи признаков гороха, которыми занимался учёный. Эти признаки долгое время не удавалось связать с конкретными генами, что поставило их в разряд загадок классической генетики. Недавнее исследование, опубликованное в научном журнале Nature, смогло, наконец, раскрыть эти загадки и определить гены, ответственные за эти наследственные свойства, проложив путь к новым открытиям в области геномных исследований и сельскохозяйственного применения.

В середине XIX века ученый-любитель Грегор Мендель экспериментировал с горохом Pisum sativum, селективно скрещивая десятки тысяч растений. Его работа была сосредоточена на семи признаках – цвете и форме семян, цвете и форме стручков, высоте растения, цвете цветков и особенностях расположения соцветий. Мендель предложил идею о том, что наследственные «факторы», которые позднее получили название генов, передаются от родителей к потомству в виде аллелей, отвечающих за доминантные и рецессивные свойства. Именно благодаря этим открытиям возникла современная генетика. Однако в течение более чем полутора столетий ученые не могли найти точную генетическую основу для трех признаков из семи, изученных Менделем, что вызвало множество спекуляций и гипотез.

В 2019 году был опубликован полный референсный геном гороха, что стало важной вехой для генетиков. Тем не менее, понимание конкретных генов, отвечающих за некоторые из признаков, оставалось неполным. Современные технологии секвенирования и анализа данных позволили вновь взглянуть на проблему через призму последних разработок в области биоинформатики и геномики. Международная группа исследователей во главе с Ноамом Чаютом из John Innes Centre в Великобритании приступила к амбициозному проекту, завершившемуся спустя шесть лет упорной многопрофильной работы. Ученым удалось секвенировать около 700 вариантов гороха, выявив свыше 155 миллионов однонуклеотидных полиморфизмов (SNPs), благодаря которым была проведена глубокая ассоциация генов и признаков.

Благодаря комплексному подходу, включающему селекцию растений, методы genome-wide association studies (GWAS) и глубокий анализ вариаций, исследователи смогли найти гены, отвечающие за неизведанные ранее признаки. Например, цвет стручка гороха определяется геном, который влияет на биосинтез хлорофилла. Мутация в этом гене приводит к проявлению либо зелёного, либо жёлтого цвета стручков, что ранее оставалось необъясненным феноменом. Помимо этого были выявлены два гена, участвующих в формировании формы стручка путем изменения процессов утолщения клеточной стенки, что показывает, насколько точно и детально природа работает на молекулярном уровне. Особое внимание было уделено процессу фасциации — изменению структуры и ветвления соцветий, что зависит от удаления определенного отрезка генетического кода в одном из генов.

Такая мутация вызывает срастание или скопление цветов, и это явление, давно известное ботаникам, теперь объяснено на уровне генов. Учитывая интерес древнего ученого именно к этим физиологическим признакам гороха, успех ученых имеет огромное историческое и научное значение. Реализация исследования потребовала не только многолетней работы, но и плодотворного взаимодействия специалистов разных дисциплин: генетиков, биоинформатиков, биологов и специалистов по сельскому хозяйству. Такой междисциплинарный подход доказал свою эффективность и показал, что комплексные задачи современного биомоделирования и геномных исследований невозможно решить без объединения усилий профессионалов. Результаты этого прорыва имеют далеко идущие последствия не только для фундаментальной биологии, но и для агрономии.

Горох является важнейшей культуры, служащей источником растительного белка и ключевого компонента в рационе многих людей по всему миру. Понимание генетических механизмов, управляющих качествами растений, позволяет создавать более продуктивные и устойчивые сорта, способные противостоять изменяющимся экологическим условиям и удовлетворять возросший спрос на растительные белки. Также стоит отметить, что работа, раскрывающая «последние три» гена Менделя, самым прямым образом продолжает и развивает вековые традиции классической генетики, сочетая историческое наследие с технологиями будущего. Теперь перед учеными открывается путь к более детальному изучению сложных генетических взаимодействий в растениях, а также потенциал для биотехнологических инноваций, способных изменить подход к селекции и выращиванию сельскохозяйственных культур. В целом, разгадка последней загадки наследственности у гороха Менделя демонстрирует, как современные геномные методики помогают решать исторические вопросы и переводят биологические исследования на новый уровень.

Это уникальный пример успешного слияния классической науки и передовых технологий, который вдохновит последующие поколения ученых и расширит границы наших знаний о жизни и наследственности.