Việc giải mã cơ sở di truyền của các đặc điểm đậu Hà Lan của Mendel giúp tăng cường cải thiện cây trồng và khả năng kháng bệnh, mang lại lợi ích cho an ninh lương thực toàn cầu.
Một nghiên cứu gần đây trên tạp chí Nature cuối cùng đã xác định được các yếu tố di truyền đằng sau tất cả bảy đặc điểm mà Gregor Mendel đã nghiên cứu ở cây đậu Hà Lan, hoàn thành một câu đố kéo dài 160 năm. Các thí nghiệm của Mendel vào những năm 1860 đã đặt nền móng cho di truyền học, tiết lộ cách các đặc điểm được di truyền. Ông quan sát thấy các kiểu hình có thể dự đoán được ở các đặc điểm như hình dạng hạt và màu hoa, nhưng các gen cụ thể chịu trách nhiệm vẫn khó nắm bắt trong hơn một thế kỷ.
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng giải trình tự thế hệ tiếp theo để phân tích DNA của hơn 697 biến thể cây đậu Hà Lan. Tập dữ liệu khổng lồ này, tương đương với gần 14 tỷ trang văn bản, cho phép họ tạo ra một bản đồ di truyền toàn diện. Phân tích cho thấy cấu trúc quần thể phức tạp hơn trong chi Pisum so với những gì đã biết trước đây.
Nghiên cứu đã xác định các biến thể alen mới cho các đặc điểm đã được mô tả trước đó như hình dạng hạt và màu hoa. Ví dụ, một biến thể mới đã được tìm thấy có thể khôi phục hoa màu tím ở cây hoa trắng. Nhóm nghiên cứu cũng xác định các gen chịu trách nhiệm cho màu sắc quả đậu, hình dạng quả đậu và vị trí hoa, những đặc điểm trước đây chưa được mô tả.
Cụ thể, họ phát hiện ra rằng một sự xóa gần gen ChlG phá vỡ quá trình tổng hợp chất diệp lục, gây ra quả đậu màu vàng. Những thay đổi gần gen MYB và trong các gen mã hóa peptide CLE dẫn đến quả đậu bị thắt lại. Một sự xóa trong gen kinase đồng thụ thể giống CIK, cùng với một locus điều chỉnh, có liên quan đến hoa xuất hiện ở cuối thân cây.
Bản đồ di truyền chi tiết này cũng tiết lộ 72 đặc điểm liên quan đến nông nghiệp khác. Chúng bao gồm cấu trúc của hạt, quả đậu, hoa, lá, rễ và cây. Lượng thông tin dồi dào này hứa hẹn rất lớn cho việc cải thiện năng suất cây trồng, tăng cường khả năng kháng bệnh và cải thiện khả năng thích ứng với môi trường.
Bằng cách xác định cơ sở di truyền của các đặc điểm của Mendel và khám phá các tương tác di truyền mới, nghiên cứu này cung cấp các công cụ có giá trị để cải thiện cây trồng. Điều này có thể dẫn đến các loại cây trồng có khả năng phục hồi và năng suất cao hơn, mang lại lợi ích cho nông nghiệp và an ninh lương thực trên toàn thế giới.