李蓉蓉 麻豆 时隔160年，我国科学家解开孟德尔“豌豆之谜”

为什么有的豌豆是光滑的李蓉蓉 麻豆，有的却是皱的？为什么有的豌豆是黄的，有的是绿的？为什么有的豌豆长得高，有的却很矮？为什么有的豌豆花连成带状？

这些看似庸碌的疑问，却是当代基因学中最著明的论题。160年前，“当代基因学之父”格雷戈尔·孟德尔，恰是从种子方法、情态等七对豌豆性状驱动，为寰球翻开了基因遗传的大门，但受限于时间和工夫，发现生物遗传密码的孟德尔，弥远莫得着实解开密码装束的真相，而把疑问留给了后东说念主。

160年来，科学家们勇往直前，但七对性状中，仍有三对莫得透彻解开。

近日，中国农业科学院深圳农业基因组磋磨所（岭南当代农业科学与工夫广东省施行室深圳分中心）程时锋团队联袂英国约翰·英纳斯中心等团队，初次在分子层面全面揭示了孟德尔豌豆七大性状变异背后的遗传基础，完成了一场卓越世纪的科学对话，该磋磨后果发表在《当然（Nature）》杂志上。

翻开基因大门，却留住160年谜题

1865年，奥地利布尔诺当然历史学会的一场庸碌讲座上，照旧43岁的格雷戈尔·孟德尔宣读了一篇论文——《植物杂交施行》。论文中，孟德尔敷陈了一个那时无东说念主知道的发现，生物代代调换，却又接续出现特例，其中藏着何如的变与不变？是什么样的力量，主导着生物的遗传变化？

他探索磋磨过十多汲引物，试图找到生物遗传的规矩，最终禁受了豌豆，这种自花授粉、花器官显着、易于杂交和栽培的作物，成了他理思的施行材料，由此张开了长达10年的磋磨，在领先两年的预施行里，通过反复不雅察和严格考证，他挑选了22个纯合豌豆品种，并详情下来7对各别分明、沉稳遗传的对立性状：种子方法、种子情态、花的情态、花的位置、荚的方法、荚的情态和植株的高度。

通过近300次杂交施行，卓越28000株豌豆后代的表型纪录，包括卓越14000颗种子的精确计数和分析，孟德尔发现每一双性状皆以显著的“显性/隐性”二态分离的神情进行遗传，杂合子中顷然“湮灭”的性状，会在后代中以可预感的比例重现。当多个性状同期遗传时，他发现这些性状治服多项式张开的组合规矩，泄漏出高度的“规矩性”，令东说念主咋舌。这些规矩自后被称为“孟德尔定律”，成为当代遗传学的基石，也被誉为“可遗传的遗迹”。

可惜的是，受时间和工夫的制约，孟德尔发现了遗传的微妙，但却终生莫得解开这些遗传与变化背后的旨趣，把揭开豌豆七大性状谜底的契机，留给了后东说念主。

七大基因密码，还有三个待解

其实，160年前的那场演讲中，孟德尔的论文少有东说念主问津。但无可否定的是，这篇论文翻开了当代遗传学的大门，让东说念主们了解当然的眼力，初次深入到了肉眼不倡导的微不雅寰球，从而考查到生物万般性的终极起头。

直到跟着时期的鼓动，孟德尔翻开的大门，诱导了越来越多的科学家。基因，这个不错商酌当然终极微妙的限制，渐渐成了最热点的学术限制。

直到1917年，孟德尔提倡的七大对立性状的基因，才负责完成定名，并络续杀青了它们在染色体上的定位。但直到最近几十年，跟着分子遗传学的发展，部分性状的候选基因才络续被阐发。

程时锋先容，1990年，发表在《细胞（Cell）》上的一篇论文，初次报说念了贬抑豌豆籽粒方法各别，如圆粒或皱粒的基因，为SBEI支链淀粉酶I型。1997年，《植物细胞（PlantCell）》和《好意思国科学院院刊（PNAS）》诀别寂然发表磋磨，阐发植株高度，如高秆或矮秆，是由一个名为GA3ox1的基因贬抑。2007年，《科学(Science)》和《好意思国科学院院刊（PNAS）》的两篇著作，诀别寂然揭示了种子情态各别，如黄粒或绿粒，是由一个名为Stay-green的基因的突变导致。2010年，《科学人人藏书楼·详细（PLOSONE）》的一项磋磨通过与苜蓿的同源基因比对，发现贬抑花色变化如紫花或白花的，是一类bHLH转录因子。

但仍有三个关键性状的遗传变异未能解开，即果荚情态、果荚方法以及花的位置。程时锋先容，学界提倡过多种候选基因和假说，但皆因浮泛可信的分子字据而逐个被推翻。这些性状背后的基因，如同基因组里的“阴灵”，藏隐其形，难以捕捉。

征集全球资源，重建“孟德尔豌豆园”

2019年，程时锋正勤劳于于寻找一种理思的豆科模式体系，用以磋磨结瘤共生固氮遗传机制。当他探问英国约翰·英纳斯中心种质资源库时，看到了一批迥殊的豌豆种质资源，这批豌豆主要网罗于欧洲大陆，而那处，最容易让育种学家们思起的等于“遗传学之父”孟德尔的故事。

“孟德尔、遗传学、七大性状……那些学生时间近朱者赤的故事，在这批陈腐的豌豆眼前，忽然从牵记里涌起。”程时锋说，“可惜的是，一百多年后，七大豌豆性状遗传变异背后还有近一半的基因未被发现。”

程时锋决定，向遗传学的开路者学习，以豌豆为磋磨对象。他准备引进全球豌豆种质资源，在深圳重建一座当代版的“孟德尔豌豆园”，诈欺当代科学工夫，一边追寻七大豌豆性状百年谜题的谜底，一边开展豆科结瘤固氮磋磨。

这是一项笨重的任务，跟着列国对种质资源的深爱和保护更加严格，外洋交流与配合需要克服好多关卡。但好在，历经重重贫困，简易700份来自全球六大洲、41个国度的豌豆中枢种质，转折万里，卓越重洋，在一年后落地中国，并赶紧在深圳、哈尔滨等多处施行基地开展汲引和表型纪录的使命。

而后五年，磋磨团队共视察了80多个农艺性状，并挖掘了深广与花期、株型、器官大小、结荚数量等性状权衡的伏击遗传变异。

“当美艳的蝶形花在中国南北步骤敞开，当那些紫花的、圆粒的、矮茎的、皱荚的豌豆在园中悄然孕育，孟德尔杂交施行里的一个个性状，仿佛穿越时空，跃然出目前咱们目前。若是说孟德尔1865年那篇横空出世的论文是写给未下寰球的一封情书，一度被渐忘和误会；那么今天，咱们以21世纪的科技和关注，给孟德尔回了一封信。”程时锋说。

从一隅看寰球，解开豌豆世纪谜题

当代遗传学是一个年青的学科，160年的历史，让它在稠密学科中显得稚嫩，却无碍它的头角峥嵘，成为当代科学桂冠上的明珠。

相对160年的历史，程时锋团队相接5年的磋磨并不长，却很精彩，也很笨重，“孟德尔七大对立性状背后的遗传变异类型，远比东说念主们思象中更为万般：从单碱基突变到大小不一的DNA缺失，从活跃的转座子插入，到复杂的转录交融，涵盖了多种当然界中常见的突变机制和遗传代谢通路。绝大多数突变机制的揭示并非爽脆的统计关联，而是深切可溯的因果相干，是会通从序列变异到表型变化的经典例证。更令东说念主感触的是，真实所有这些突变皆泄漏为功能缺失或功能减轻，构建了‘显性’与‘隐性’在分子层面的深切界说：显性是功能好意思满，隐性则接续源于功能缺失或调控失衡。”

值得行运的是，团队终于揭开了临了三个对立性状的微妙。他们发现，贬抑果荚情态黄与绿各别的，并非传统风趣上的基因突变，而是一段长达约100kb的基因组大片断缺失。贬抑果荚鼓胀与皱缩现象的，是两个彼此寂然但功能权衡的果皮发育调控基因。而豌豆花的位置“带状化”，这个孟德尔七大性状变异中最复杂、最奥妙的一个性状，是由一个名为Fa的基因贬抑。

至此，黄荚、皱荚、带状化这三大性状、四个基因的“世纪谜题”被逐个破解，磋磨团队在分子层面上系统融会了160年前孟德尔所磋磨的全部七个豌豆对立性状的遗传基础。

一场审好意思之旅，科学总专门外惊喜

科学磋磨是笨重而漫长的，但却总专门外的惊喜。程时锋先容，在融会七大对立性状的历程中，发现了更多植物色调之好意思，也发现了它的背后，有着一套精密的遗传代谢密码，解开这套密码，仿佛不是在进行科学磋磨，而是在进行一场好意思的赏析。

而在对奥妙的豌豆带状化性状的磋磨中，磋磨团队还无意发现了一个处在另一条染色体下的新的遗传修饰位点。程时锋先容，这个位点，就像悄然拨弦的调音师，或踩住刹车的副驾，改革了一株一说念决骤的顶生花突变的遗传脚本，即使植物捎带双隐性fa/fa的突变型，但由于同期领有mfa/mfa纯合基因型，“掷中注定”应泄漏为带状化的顶花表型，被透彻或部分扼制了，植株收复为野生型的“侧花”外不雅。惟逐个株顶花表型与基因型的不一致局面，被完好意思讲授深切了，这种不一致局面，在遗传学中被称为“不透彻外显率”与“可变泄漏性”。Mfa并不改革主效基因Fa的编码功能，而是通过蔓延、减轻或湮灭其突变效应，改革最终的表型呈现，让底本“势必”的泄漏酿成了“无意”的禁受。这种“遗传配景修饰主效突变”的机制，为会通复杂性状背后的表型可塑性与遗传调控层级，提供了一个灵活的案例。

如今，磋磨团队仍在捏续融会稠密复杂性状，其中包括孟德尔调研过的器官大小、吐花时期和茎秆情态等，也包含结荚数、产量、结瘤、根绑缚构等伏击育种价值的农艺性状，为往常的精确育种，提供更多可禁受的素材。

卓越百年时空，科学路上和先贤对话

5年磋磨，肇端于一次偶然的再会，但程时锋以为，约略亦然势必，就好像基因寰球里，那些让东说念主沦落的变化，看似偶然，却又势必，明明势必，却又随时会出现出人意想的变化。

“孟德尔的论文《植物杂交稽查》被誉为‘东说念主类历史上最佳的科学施行’，他以深切的问题、周全的施行筹算、严谨的数据分析和高度逻辑化的推演历程，磋磨‘信息’在不同世代中的流动，知悉了生殖细胞中遗传因子的活动。在阿谁莫得染色体、莫得DNA的年代，他预言了可遗传变异是生物万般性起头、物种演化中当然禁受的原料。”程时锋说。

一直到论文写成，程时锋仍在被160年前的这场震天动地的变化所诱导，160年后，科技飞跃于今，从显微镜到高通量测序，从性状不雅察到多组学融会，“咱们终于得以在分子、结构、发育、演化乃至所有这个词系统层面上，着实会通那七对性状的由来、泄漏与传承。”

在孟德尔的时间，他的发现并莫得引起东说念主们填塞的深爱，直到他升天16年后——其论文宣读35年后的1900年，孟德尔的使命才被从头发现。

孟德尔生前也曾预言，“我的时间终将到来。”程时锋说，“如今，这个时间早就到来了。”

新京报记者周怀宗李蓉蓉 麻豆