4月23日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所（嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室深圳分中心）程時(shí)鋒團(tuán)隊(duì)在《自然》雜志發(fā)表重磅研究，首次從分子層面完整揭示了孟德?tīng)?865年提出的豌豆七大性狀遺傳密碼。這一研究成果不僅在技術(shù)上完成了一場(chǎng)跨越世紀(jì)的科學(xué)對(duì)話，也回應(yīng)了孟德?tīng)柹澳蔷浔缓鲆暳说念A(yù)言：“我的時(shí)代終將到來(lái)！”
從豌豆園到實(shí)驗(yàn)室：一場(chǎng)跨越160年的“回信”
2019年，程時(shí)鋒研究員在英國(guó)約翰·英納斯中心的種質(zhì)庫(kù)中，邂逅了一批來(lái)自全球的古老豌豆種質(zhì)。這些種子背后，藏著孟德?tīng)柈?dāng)年用于雜交實(shí)驗(yàn)的22個(gè)原始品種的血脈。一個(gè)大膽的構(gòu)想在他心中萌芽——重建“孟德?tīng)柾愣箞@”，用現(xiàn)代科技續(xù)寫160年前的遺傳學(xué)篇章。
種植在深圳種質(zhì)資源圃的豌豆表現(xiàn)出豐富的表型多樣性
一年后，大約700份來(lái)自全球六大洲、41個(gè)國(guó)家的豌豆核心種質(zhì)，輾轉(zhuǎn)萬(wàn)里，跨越重洋，落地中國(guó)，并迅速在深圳、哈爾濱等多處實(shí)驗(yàn)基地開(kāi)展種植和表型記錄的工作。五年時(shí)間，研究團(tuán)隊(duì)共調(diào)查了80多個(gè)重要農(nóng)藝性狀，并進(jìn)一步挖掘了大量與花期、株型、器官大小、結(jié)莢數(shù)目等性狀相關(guān)的重要遺傳變異。
當(dāng)美麗的蝶形花在中國(guó)南北次第開(kāi)放，當(dāng)那些紫花的、圓粒的、矮莖的、皺莢的豌豆在園中悄然生長(zhǎng)，孟德?tīng)栯s交實(shí)驗(yàn)里的一個(gè)個(gè)性狀仿佛穿越時(shí)空，躍然眼前。
如果說(shuō)孟德?tīng)?865年的那篇橫空出世的論文是寫給未來(lái)世界的一封情書，一度被遺忘和誤解；那么今天，程時(shí)鋒帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)，正以21世紀(jì)的科技和熱情，給孟德?tīng)柣亓艘环庑?，分享著發(fā)現(xiàn)的樂(lè)趣。
破解世紀(jì)謎題：揭秘七大性狀遺傳密碼
豌豆七對(duì)性狀的表型多樣性
1865年，孟德?tīng)柾ㄟ^(guò)豌豆7對(duì)相對(duì)性狀（種子圓皺、子葉顏色、花色、花的位置、果莢形態(tài)、果莢顏色和株高）的雜交實(shí)驗(yàn)，首次提出“遺傳因子”控制性狀的理論，并推導(dǎo)出遺傳變異在世代間傳遞的獨(dú)立分離和自由組合規(guī)律。受限于當(dāng)時(shí)時(shí)代背景和技術(shù)條件，他未能揭示這些因子的分子本質(zhì)。后續(xù)研究歷經(jīng)一個(gè)多世紀(jì)，科學(xué)家們陸續(xù)克隆了控制種子圓皺、株高、子葉顏色和花色的基因，但控制果莢顏色、果莢形態(tài)和花的位置的關(guān)鍵基因至今仍是遺傳學(xué)的未解之謎。
百余年來(lái)，學(xué)界提出過(guò)多種候選基因和假說(shuō)，但都因缺乏確鑿的分子證據(jù)而一一被推翻；這些性狀背后的基因，如同基因組里的“幽靈”，隱匿其形，難以捕捉。直到2025年，程時(shí)鋒帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)，綜合多個(gè)前沿技術(shù)，克服重重困難，最終揭示了這三對(duì)性狀的遺傳基礎(chǔ)，修正了多個(gè)歷史性的誤判。
一是果莢顏色之謎。研究發(fā)現(xiàn)，黃莢表型源于一段長(zhǎng)達(dá)100kb的基因組缺失。這段缺失意外縮短了葉綠素合成酶基因（ChLG）與上游抗病基因（NLR）的距離，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄異常延伸，阻礙了葉綠素的合成。這一發(fā)現(xiàn)賦予了解釋“性狀”背后“基因”是什么更深層次的意義。
二是果莢形態(tài)之謎。飽滿與皺縮的差異由兩個(gè)獨(dú)立基因共同調(diào)控：MYB26轉(zhuǎn)錄因子因轉(zhuǎn)座子插入失活，影響了木質(zhì)素沉積；CLE41小肽編碼基因的提前終止突變，導(dǎo)致內(nèi)果皮細(xì)胞發(fā)育異常。二者可獨(dú)立造成皺莢，也可共同作用，形成如“荷蘭豆”那種既脆嫩又皺縮的果莢類型。
三是花位置之謎?！皫罨笔敲系?tīng)柶叽笮誀钭儺愔凶顝?fù)雜、最神秘的一個(gè)性狀，表現(xiàn)為莖尖扁平化、花序排列紊亂，花朵團(tuán)簇排列，形成類似“頂生花”的結(jié)構(gòu)。這一最復(fù)雜性狀，由共受體激酶基因CIK2/3主導(dǎo)。在突變體材料中，該基因因外顯子上的5bp 刪除而失去功能，無(wú)法傳到上游的小肽信號(hào)，WUS表達(dá)失控，導(dǎo)致頂端分生組織過(guò)度增殖和形態(tài)畸變。
至此，黃莢、皺莢、帶狀化這三大性狀、四個(gè)基因的“世紀(jì)謎題”被一一破解，研究團(tuán)隊(duì)在分子層面上系統(tǒng)解析了160年前孟德?tīng)査芯康娜科邔?duì)豌豆對(duì)立性狀的遺傳基礎(chǔ)。
意料之外的科學(xué)驚喜：從歷史解答到未來(lái)育種
解析過(guò)程中，研究團(tuán)隊(duì)還邂逅了一連串令人驚喜的意外發(fā)現(xiàn)。如對(duì)植物色彩之美的深入理解。在研究花色的紫（顯性）與白（隱性）差異時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，一株本因bHLH轉(zhuǎn)錄因子的提前終止突變而“命中注定”開(kāi)出白花的豌豆，竟在其內(nèi)含子中發(fā)生了一個(gè)“命運(yùn)逆轉(zhuǎn)式”的新突變。這個(gè)新突變阻斷了原有的提前終止，巧妙地拼合出原有的完整開(kāi)放閱讀框架（ORF），恢復(fù)了祖先型蛋白的功能，使這株豌豆重新綻放紫色花朵。
同一個(gè)基因內(nèi)部，一個(gè)新突變抑制舊突變，這種“以突制突”“自我修復(fù)”的自然奇跡，恰如生命對(duì)功能保守的執(zhí)著守護(hù)。也讓人感嘆大自然的神奇，寧可綻放驚艷的紫紅，也不甘“沉淪”于無(wú)色的平庸。此外，最令人意外還是對(duì)豌豆帶狀化的探索中，團(tuán)隊(duì)意外發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的遺傳修飾位點(diǎn)mfa。它通過(guò)延遲或掩蓋fa的突變效應(yīng)，改變最終的表型呈現(xiàn)。
研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)構(gòu)建的豌豆高分辨率遺傳圖譜，不僅全面系統(tǒng)的解析了七大經(jīng)典性狀，更進(jìn)一步挖掘了72個(gè)關(guān)鍵農(nóng)藝性狀的遺傳基礎(chǔ)。這些發(fā)現(xiàn)不僅補(bǔ)全了孟德?tīng)柶叽蠼?jīng)典遺傳性狀的最后一塊“拼圖”，為應(yīng)用分子標(biāo)記輔助育種、基因組選擇育種提供了更精準(zhǔn)、更豐富的“遺傳指南針”。
中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所 程時(shí)鋒研究員
正如程時(shí)鋒研究員所說(shuō)，160年后，科技飛躍至今，從顯微鏡到高通量測(cè)序，從性狀觀察到多組學(xué)解析，我們終于得以在分子、結(jié)構(gòu)、發(fā)育、演化乃至整個(gè)系統(tǒng)層面上，真正理解那七對(duì)性狀的由來(lái)、表現(xiàn)與傳承。孟德?tīng)査A(yù)言的時(shí)代，早已到來(lái)。而他的科學(xué)精神和對(duì)知識(shí)的熱愛(ài)，永不止步。
