一個全球團隊繪製了全球豌豆品種的綜合基因組圖譜，揭示了關鍵性狀和豐富的遺傳多樣性，這些發現建立在孟德爾的基礎研究之上。他們的新資源將徹底改變全球豌豆育種、永續發展工作和遺傳研究。

160多年前，格雷戈爾·孟德爾對豌豆植物進行的開創性實驗為遺傳學奠定了基礎。

如今，一個國際研究團隊利用基因組學、生物資訊學和遺傳學，繪製出一個具有全球意義的豌豆品種的多樣性圖譜。他們的工作為孟德爾研究的著名性狀提供了新的見解，並揭示了前所未有的、具有農業價值的遺傳多樣性。

據一項新研究的作者稱，目前全球研究人員和育種者可以使用的擴大的基因庫和基因組資源有可能改變豌豆育種並推動對這種對環境至關重要的豆科植物的研究。

「我們的合作創造了具有非凡深度和廣度的基因組資源，包括豌豆的全基因組序列數據，」共同通訊作者之一、約翰英納斯中心種質資源部(GRU) 負責人諾姆·查尤特博士說。 “我們已經有研究人員和跨國公司訂購了與新型基因組資源相對應的種子，這將徹底改變世界各地的公司培育豌豆的方式以及科學家研究豌豆的方式。”

這項研究發表在《自然》雜誌上，是約翰英納斯中心（JIC）和中國農業科學院（CAAS）以及中國、英國、美國和法國的其他研究小組合作完成的。

這項具有里程碑意義的研究正值豌豆和其他豆科植物被譽為植物蛋白來源，以及能夠自身固氮的可持續作物之際。這意味著豌豆和其他豆科作物生長所需的化學肥料更少，這有可能降低土地和河流污染。

約翰英納斯中心豌豆多樣性面板資源中的一塊面板，展示了豌豆種子的多樣性。圖片來源：約翰英納斯中心

「孟德爾對豌豆感興趣不僅僅是因為它是完美的模式生物，儘管它確實是，」查尤特博士說。 “豌豆也是一種重要的作物，他想通過解決當時園丁和種植者面臨的問題來改良它。”

“同樣，這項研究不僅闡明了孟德爾的根本性發現，也為包括英國在內的世界許多地方種植豌豆開闢了道路。豌豆是一種可以提供可持續植物蛋白來源的作物，在未來農業中將發揮重要作用。”

研究人員從數十年來從世界各地收集的3500 個豌豆種質中，選取了約700 個代表性的樣本，這些樣本保存在GRU（由BBSRC 資助的國家機構）。

這產生了62 TB 的原始數據，包含25.6 兆條訊息，如果列印出來，將覆蓋36 億張A4 紙。

利用這些數據，研究小組創建了豌豆的全球基因組圖譜，涵蓋了從高度繁殖和栽培的豌豆到當地適應的品種（稱為地方品種）和野生近緣種。

利用這張圖譜和一項名為「全基因組關聯研究」的技術，他們識別出了與有價值的性狀變異相對應的基因組區域。這項研究已將70多個農藝性狀與相應的基因組位置關聯起來。這些位置上的許多不同遺傳標記可用於加速豌豆的改良。

展望未來，這項新資源與基因編輯、長讀長DNA和RNA定序等其他現代技術結合，將為新基因的發現帶來前所未有的機會。它還將為更具預測性的育種鋪平道路，例如利用人工智慧模型篩選基因組合，培育出產量更高、抗病性更強、農藝性更強的豌豆植株。

孟德爾對豌豆的研究被科學史學家艾倫·富蘭克林描述為「有史以來最好的實驗」。

在細胞理論的早期，也就是遺傳學被發現之前，他專注於研究豌豆的七個特徵：豌豆種子的形狀（圓形或皺形）、豌豆種子的顏色（綠色或黃色）、豆莢的形狀（收縮或膨脹）、豆莢的顏色（綠色或黃色）、花的顏色（紫色或白色）、植物的大小（高或矮）和花的位置（軸向或花的位置（軸向或頂生）。

經過多年的實驗，涉及數千種植物，他建立了遺傳的基本規則，即特性如何代代相傳，並獨自奠定了遺傳學的基礎。

這項現代科學合作所創造的新型基因組工具正被用來重新審視這些經典實驗，從而揭示孟德爾性狀背後的遺傳學原理。在花色性狀方面，研究團隊發現了一種不同尋常的自然突變，這種突變使白花豌豆恢復了紫色。

研究小組還發現了一種導致黃莢特徵的突變，這種突變引起了學者們的極大興趣，因為它是兩個相鄰基因相互作用的結果。

「孟德爾在不知道基因是什麼的情況下發現了我們現在所說的遺傳規律，」該研究的主要作者之一、中國農業科學院深圳農業基因組研究所的程世峰教授說道。 “如今，借助現代工具，我們可以看到他不知不覺中追踪到的確切基因和突變。”

孟德爾學者、該研究的共同通訊作者、約翰·英納斯中心研究員諾埃爾·埃利斯教授評論道：「這些種質及其相關數據除了對育種者的實際用途外，對遺傳學學者和教師也具有重要價值，因為我們的研究提供了孟德爾變異的最新描述。這些數據是公開的，豌豆品係也可以訂購——我們希望學者們能夠自由地訪問這些資源。」

程教授團隊的研究生、論文共同第一作者叢鋒表示：“全基因組關聯研究(GWAS) 和單倍型分析已被證明是非常強大的工具。我們非常激動地發現了孟德爾七種經典性狀在序列層面上的深刻見解。”

學生兼共同第一作者江梅補充道：“這個項目加深了我對豌豆、遺傳學以及孟德爾遺產的迷戀。它既是一次科學之旅，也是一次個人之旅。”

論文的另一位共同第一作者、約翰·英納斯中心博士後朱莉·霍弗博士表示：“多年來，儘管進行了廣泛的研究，但豆莢顏色的遺傳基礎仍未得到解釋。我們的發現凸顯了基因組結構在轉錄水平上影響基因功能的微妙方式。”

這項研究體現了科學合作的重要性，Chayut 博士總結道：“只要我們共同努力，就能取得更大的成就。”

編譯自/ ScitechDaily