■中国科学报记者 李晨 练习生 李蓉

　　1865年，生物学家孟德尔在奥地利宣读了其豌豆研究成果《植物杂交实验》，为经典遗传学大年夜厦奠定。

　　近日，《天然》揭橥了中国科学家领衔的国际合作研究成果。中国农业科学院深圳农业基因组研究所（大年夜鹏湾实验室）研究员程时锋团队结合英国约翰·英纳斯中间（JIC）等国际机构的研究人员，应用多组学技巧，初次在分子层面完全破译了孟德尔豌豆七大年夜性状的遗传基本，周全揭示了相干性状背后的8个关键基因及其调控机制。

　　论文通信作者程时锋告诉《中国科学报》，该研究不仅在技巧上完成了一场跨越世纪的科学对话，并且回应了孟德尔生前那句被忽视的预言：“我的时代终将到来！”

　　超前且完美的实验，曾被质疑“造假”

　　1865岁首年代，一位名不见经传的奥地利修道士两次登上布尔诺天然汗青协会的讲坛，向学界宣读他以豌豆为材料的杂交实验成果。

　　这位修道士恰是后来被视为“现代遗传学之父”的孟德尔。他以豌豆的七大年夜性状为研究对象，初次揭示了遗传的根本规律。

　　19世纪中叶，科学界广泛接收“混淆遗传”学说。人们认为子代性状是亲代特点的简单调和，就像“黑+白=灰”。而孟德尔经由过程研究豌豆七大年夜性状的杂交实验，总结出遗传的分别定律和自由组合定律，构建了“离散遗传学”的理论框架，由此触碰达到尔文异常关怀的“生物多样性”的最终来源问题。

　　“这些突变机制并非模糊的统计接洽关系，而是清楚可溯的因果关系，是懂得从序列变异到表型变更的经典例证。”程时锋说，更令人惊奇的是，几乎所有这些突变都表示为功能缺掉或功能减弱，构建了“显性”与“隐性”在分子层面的清楚定义：显性是功能无缺，隐性则往往源于功能缺掉或调控掉衡。

　　次年，孟德尔将实验数据与理论推导整顿成论文《植物杂交实验》。在那个“基因”概念尚未出现的时代，孟德尔初次提出了“遗传因子”。当时人们还没有窥见细胞核内微不雅世界的科学对象，这篇开创性论文因为不雅点过于超前，被吞没在广为传播的达尔文进化论大年夜潮中。

　　这项后来改写了生物学史的研究成果，在长达34年的时光里被学术界集体忽视。

　　直到1900年，荷兰、德国和奥地利的3位植物学家在自力研究中几乎同时重现了孟德尔的发明，并在学术界引起轰动。“孟德尔定律的从新发明”被视作现代遗传学的起点。然而，个中关于显隐性状的定律，却在争议与误会中彷徨了一个半世纪。

　　批驳者认为，孟德尔研究的性状过于简单，甚至罕有，无法解释天然界的广泛遗传现象。有人主意将孟德尔的豌豆实验从教材中移除，认为它无法适配现代遗传学的复杂性。1936年，统计学家费舍尔缺点地质疑孟德尔数据“好得不真实”，认为除了造假，弗成能如斯完美。这种来自威望科学家的质疑，几乎摧毁了孟德尔的汗青荣誉。

　　而那些坚信孟德尔是精确的科学家知道，想要答复这些问题，必须找到七大年夜性状背后的遗传基因，懂得其分子本质。为此，他们踏上了持续100多年的揭秘豌豆七大年夜性状基因的征途。

　　1917年，学界便已完成对孟德尔七大年夜对立性状的基因定名。直到比来几十年，4个性状的候选基因才陆续被确认：1990年，《细胞》论文初次报道了圆粒/皱粒基因；1997年揭橥于《植物细胞》和美国《国度科学院院刊》的论文分别确认了高秆/矮秆基因；2007年，《科学》和《国度科学院院刊》登载的文章分别揭示了黄粒/绿粒基因；2010年，美国《公共科学藏书楼-综合》的论文发清楚明了紫花/白花基因。

　　然而，孟德尔研究的最后“三块拼图”：黄荚/绿荚、皱荚/圆荚、顶花/侧花及其背后的遗传基因，却仍然覆盖在迷雾中。

　　孟德尔的豌豆和中国人的保持

　　2019年，程时锋访问JIC。当时，他正在寻找一种幻想的豆科模式体系，以研究结瘤共生固氮遗传机制。一份特别的豌豆种质资本——总共3000余份来自40多个国度的全球多样性豌豆种子，引起了他的留意。

　　JIC保存这些种质绝非有时。JIC首任主任、遗传学家威廉·贝特森是孟德尔学说的早期传播者。20世纪初，他率先用这些豌豆复实际验，并收集了数千种豌豆，个中大年夜部分来自欧洲大年夜陆。

　　孟德尔是程时锋钦慕的巨大年夜科学家。高兴之余，他查阅了相干材料，发明豌豆七大年夜性状还有近一半的基因未被发明。“引进全球豌豆种质资本，在深圳重建一座现代版孟德尔豌豆园，应用现代科学技巧，一边追寻豌豆七大年夜性状百年谜题的谜底，一边开展豆科结瘤固氮研究。”这个有趣而浪漫的设法主意在程时锋脑中浮现。

　　或许只有揭示分子本质才能解开孟德尔豌豆七大年夜性状的最终之谜。于是，程时锋提议了一项国际合作——“MendelPeaG2P项目”，从分子遗传学视角“重访”经典实验。

　　仅一年后，来自41个国度的697份豌豆种质材料落地中国。研究人员在深圳、哈尔滨以及英国诺维奇多地建起“孟德尔豌豆园”，追踪每株豌豆的发展轨迹。结合中、英两国数据，他们最终完成了79个性状的精准采集。

　　“这697份种质太特别了，像黄荚/绿荚、侧花/顶花这些性状变异，在其他豌豆资本库中都极为罕有。”论文合营第一作者、中国农业科学院深圳农业基因组研究所硕士研究生蒋梅说。

　　这是国际合作的一个成功典范，个中不乏一些有趣的小插曲。

　　应用高分辨率的群体单倍型图谱、高质量的接洽关系分析和多组学数据，程时锋团队经由过程持续攻关，接连完成了孟德尔残剩三大年夜性状、4个基因的剖断工作。七大年夜性状的谜底逐渐浮出水面。

　　相干论文信息：

　　此时，JIC的一个研究团队想保存部分传统办法做出的关于黄荚的一个基因的分析成果，零丁发一篇小文章。他们认为，七大年夜性状的故事已经比较完全，可能并不须要这一传统的旧成果；而零丁发一篇小文章，意味着不在程时锋设计的“揭开七大年夜性状百年之谜”的完全故事之内。

　　“作为一个国际合作大年夜项目，我们欲望大年夜家都能在科学研究中尽情享受科学之美，并合营受益于科研数据和成果。也许是我们‘揭开七大年夜性状百年之谜’的故事太过吸惹人，英国团队最后放弃了零丁发小文章的设法主意，将其数据都加到我们的大年夜故事里。”程时锋说，“英国人最后也不由感慨，这是一篇完美的科学论文。”

　　程时锋在接收《中国科学报》采访时强调：“假如没有来自英国的种质资本和各个团队的通力合营，我们的论文也许会掉色一些。但假如没有中国研究团队的主导、构思和对完美科学的寻求，这项研究可能永远只是一个假想。”

　　不过，孟德尔没有想到，本身的论文不仅不被当时的人懂得，甚至去世后还被威望科学家困惑“学术造假”，并经历了整整160年的争议。

　　跨越160年的科学对话

　　为什么有些豆荚饱满鲜绿，有些却泛黄枯槁？为什么有些豆荚外面滑腻，有些却布满皱褶？为什么有些豌豆花发展在植株顶端，有些却出现于侧枝？这3个曾经困扰生物学家百余年的“未解之谜”如今终于有了谜底。

　　此外，研究团队对前人研究过的4个基因进行了更深刻的发掘，揭示了很多新的等位基因变异。

　　程时锋团队并未止步于经典性状研究。他们进一步对697份豌豆材料展开深度测序与体系表型查询拜访，发掘出72个具有重要农艺价值或潜在应用前景的关键性状及其对应候选基因。例如，控制籽粒大年夜小的基因有望影响作物产量，而“半叶型”或“无叶型”突变可以使豌豆更适应机械化栽种。

　　程时锋认为，这些发明意味着将来育种家可以像“拼乐高”一样，经由过程组合不合的幻想性状，实现作物的定向改进。

　　研究过程中，团队成员重读孟德尔论文原文，深刻领会他的设计思路。孟德尔在研究豌豆之前，曾摸索过10多栽种物。但最终选择了豌豆这一拥有自花授粉、花器官明显、易于杂交等长处的幻想实验材料，开展了长达10年的遗传学实验。在最初两年的预实验里，他遴选了22个纯合豌豆品种，并最后聚焦于七大年夜性状。

　　孟德尔为什么选择豌豆？他是否克意遴选了“过于完美”的性状？

　　“全基因组接洽关系分析显示，豌豆性状的遗传力冠绝今朝已研究过的物种，曼哈顿图旌旗灯号强度前所未见。这是教科书级的遗传定位事例。”程时锋说。

　　经由过程多组学手段，中英团队验证了孟德尔定律的普适性：DNA大年夜片段缺掉、逆转录转座子插入、移码突变等，都是植物界广泛存在的变异类型。

　　“这些发明赞助我们懂得了孟德尔不雅察和推理的3：1的表型分别比、1：2：1的遗传因子组合比背后的分子本质。”程时锋说，教科书应当强化而非删除孟德尔章节，他的实验设计至今仍是科学办法的典范。

豌豆。中国农科院供图

　　中国科学院分子植物科学卓越立异中间研究员王二涛说，该成果是遗传学史上的一座里程碑，不只是对经典的回想与还原，还在现代基因组学、数量遗传学、表型组学与分子机制研究的多维整合基本上，实现了“性状-基因”“通路-调控”的冲破，对生物学基本研究、教导和育种都有深远的启发意义。

　　“基因编辑等新技巧为将来作物改进和绿色农业成长供给了全新的可能性。”程时锋表示，他们筹划进一步摸索结瘤固氮等更复杂的豌豆性状，研究其遗传机制以及与情况的互作。这项研究不是终点，而是豌豆重返模式生物舞台的起点。

　　https://doi.org/10.1038/s41586-025-08891-6

　　论文合营通信作者、JIC兼职研究员Noel Ellis说：“是中国科学家促成了这一切，他们付出了巨大年夜的尽力。”

　　《中国科学报》 (2025-05-06 第1版 要闻)

Tags： 孟德尔豌豆百年谜题破解