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时隔160年！最新研究全面解答孟德尔豌豆七大性状的基因之谜

中国农业科学院基因之谜孟德尔

中国农业科学院

04/24

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4月23日，中国农业科学院农业基因组研究所作物组学大数据与应用创新团队联合国内外多家研究机构在豌豆重要性状的遗传解析方面取得重要突破，首次鉴定了调控豌豆果荚颜色、果荚形状和花的位置等表型变异背后的目标基因及其突变机制，全面解答了孟德尔豌豆七大性状的基因之谜。该研究不仅回答了160年前孟德尔豌豆研究遗留下来的“未解之谜”，还为豌豆品种改良和精准育种提供了新视野、新工具，相关研究成果发表在《自然（Nature）》上。

1865年，孟德尔通过豌豆7对相对性状（种子圆皱、子叶颜色、花色、花的位置、果荚形态、果荚颜色和株高）的杂交实验，首次提出“遗传因子”控制性状的理论，并推导出遗传变异在世代间传递的独立分离和自由组合规律。受限于当时时代背景和技术条件，他未能揭示这些因子的分子本质。后续研究历经一个多世纪，科学家陆续定位到控制种子圆皱、子叶颜色、花色和株高的基因，但控制果荚颜色、果荚形态和花的位置的关键基因至今仍是遗传学未解之谜。

该科研团队综合运用基因组学、遗传学、生物信息学和分子生物学等手段，对近700份豌豆群体的演化进程与基因组多样性展开系统解析，分别从分子和基因组层面揭开了谜题。研究发现，果荚的黄（隐性）与绿（显性）的差异，是由于果荚中叶绿素合成途径的最后一步受到调控干扰所致。而控制果荚饱满与皱缩状态的是两个彼此独立、但功能相关的发育调控基因，二者可独立造成皱荚，也可共同作用。花位置的“带状化”现象是孟德尔七大性状中最复杂的一个，由编码类共受体激酶的基因主导，通过延迟、削弱或掩盖其突变效应，改变最终的表型呈现。

研究还构建了迄今最全面的豌豆群体高分辨率的单倍型变异图谱和表型变异图谱，解析了72个关键农艺性状的遗传基础。这些发现不仅补全了孟德尔七大经典遗传性状的最后一块“拼图”，更为应用分子标记辅助育种、基因组选择育种提供了更精准、更丰富的“遗传指南针”。

该研究得到广东省高层次人才团队、中国农业科学院科技创新工程等项目的支持。