Новый набор генных банков и геномных ресурсов, доступных исследователям и селекционерам по всему миру, может произвести революцию в селекции гороха и исследованиях этой экологически важной бобовой культуры, утверждают авторы нового исследования.
«Наше сотрудничество позволило создать геномный ресурс необычайной глубины и широты, включая данные о полной последовательности генома гороха. Уже есть исследователи и многонациональные компании, которые заказывают семена, соответствующие новым геномным ресурсам, которые произведут революцию в том, как компании разводят горох, и как ученые его изучают по всему миру», — сказал один из соавторов-корреспондентов доктор Ноам Чают, который руководит Отделом ресурсов зародышевой плазмы (Germplasm Resource Unit, GRU) в Центре Джона Иннеса, Великобритания.
Исследование, опубликованное в журнале Nature, стало результатом сотрудничества Центра Джона Иннеса (JIC) и Китайской академии сельскохозяйственных наук (CAAS), а также других исследовательских групп из Китая, Великобритании и Франции.
Это эпохальное исследование появилось в то время, когда горох и другие бобовые культуры стали востребованы как источник растительного белка и как устойчивые культуры, которые могут фиксировать собственный азот. Это означает, что гороху и другим бобовым культурам требуется меньше химических удобрений для роста, что потенциально снижает загрязнение земель и рек.
«Мендель интересовался горохом не только потому, что это был идеальный модельный организм, хотя так оно и было. Это была также важная культура, которую он хотел улучшить, решив проблемы, с которыми в то время сталкивались огородники и фермеры. Точно так же это исследование не только проливает свет на фундаментальные открытия Менделя, но и открывает путь к выращиванию гороха во многих частях мира, включая Великобританию. Горох — это культура, которая может стать устойчивым источником растительного белка и сыграет важную роль в будущем сельского хозяйства», - сказал доктор Чают.
Исследователи отобрали репрезентативную выборку из около 700 образцов гороха из коллекции в 3500 образцов, собранных со всего мира на протяжении десятилетий и хранящихся в GRU.
В результате было получено 62 терабайта необработанных данных, включающих 25,6 триллиона единиц информации, которые при распечатке заняли бы 3,6 миллиарда листов бумаги формата А4.
Используя эти данные, команда создала глобальную геномную карту гороха, от высокоселекционированного и культивируемого гороха до адаптированных к местным условиям сортов, называемых староместными сортами, и диких сородичей.
Используя эту карту и метод, называемый Genome Wide Association Studies, ученые определили области геномов, которые соответствовали ценным вариациям признаков. Исследование связало более 70 агрономических признаков с соответствующими геномными локациями. Множество различных генетических маркеров в каждой из этих локаций можно использовать для ускорения улучшения гороха.
Генотипическая и фенотипическая изменчивость в отношении популяции и структуры генома в Pisum. Источник: Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-08891-6.
Заглядывая вперед, новый ресурс, в сочетании с другими современными технологиями, такими как редактирование генов, длинная ДНК и секвенирование РНК, откроет беспрецедентные возможности для открытия новых генов. Он также проложит путь для более предиктивной селекции, например, с использованием моделей ИИ, которые могут выбирать комбинации генов для получения более урожайных, устойчивых к болезням, агрономически жизнеспособных растений гороха.
Непреходящее наследие Менделя
Историк науки Аллан Франклин охарактеризовал работу Менделя с горохом как «лучший эксперимент, когда-либо проведенный».
Работая на заре клеточной теории и до появления генетики, он сосредоточился на семи признаках: форме семян гороха (круглые или морщинистые), цвете семян гороха (зеленые или желтые), форме стручка (суженные или вздутые), цвете стручка (зеленые или желтые), цвете цветка (фиолетовый или белый), размере растения (высокие или карликовые) и расположении цветков (осевые или верхушечные).
За многие годы экспериментов с участием тысяч растений Мендель установил основные правила наследования, способы передачи признаков из поколения в поколение и в одиночку заложил основу науки генетики.
Новые геномные инструменты, созданные этим современным научным сотрудничеством, используются для пересмотра классических экспериментов, проливая свет на генетику, лежащую в основе менделевских признаков. Для признака цвета цветка команда обнаружила необычный тип естественной мутации, которая восстанавливает фиолетовый цвет гороха с белыми цветками.
Группа также обнаружила мутацию, которая приводит к появлению признака желтой окраски стручков, что представляет большой интерес для ученых, поскольку является следствием взаимодействия двух соседних генов.
Генетическая архитектура и геномное разнообразие генов, лежащих в основе семи пар контрастных признаков, которые Мендель подробно изучил. Источник: Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-08891-6.
«Мендель открыл то, что мы сейчас называем законами наследования, не зная, что такое ген. Сегодня, используя современные инструменты, мы можем увидеть точные гены и точные мутации, которые он неосознанно отслеживал», - сказал один из ведущих авторов исследования, профессор Шифэн Чэн из Института сельскохозяйственной геномики CAAS в Шэньчжэне.
Профессор Ноэль Эллис, специалист по Менделю, соавтор исследования и научный сотрудник Центра Джона Иннеса, прокомментировал: «Помимо практической пользы этих образцов и связанных с ними данных для селекционеров, ресурсы представляют большую ценность для ученых и преподавателей генетики, поскольку наше исследование дает актуальное описание вариантов Менделя. Данные доступны, и линии гороха можно заказать - мы надеемся, что ученые будут иметь свободный доступ к этим ресурсам».
Конг Фэн, аспирант в команде профессора Чэна и соавтор статьи, сказал: «Исследования ассоциаций по всему геному (GWAS) и анализ гаплотипов оказались невероятно мощными инструментами. Мы были в восторге от того, что обнаружили понимание на уровне последовательности всех семи классических признаков Менделя».
Мэй Цзян, студентка и соавтор первой статьи, добавила: «Этот проект углубил мое увлечение горохом, генетикой и наследием Менделя. Он стал как научным, так и личным путешествием».
Доктор Джули Хофер, еще один соавтор статьи и постдок Центра Джона Иннеса, сказала: «В течение многих лет генетическая основа цвета стручков не поддавалась объяснению, несмотря на обширные исследования. Наше открытие подчеркивает тонкие способы, которыми геномная структура может влиять на функцию генов на уровне транскрипции».
Исследование наглядно демонстрирует важность сотрудничества в науке, заключил доктор Чают: «Мы можем достичь гораздо большего, работая вместе».
Источник и фото: John Innes Centre.
