Gregor Mendel Ágoston-rendi szerzetes több mint 160 évvel ezelőtt fejezte be a genetikai öröklődésről szóló úttörő munkáját, miután alaposan tanulmányozta a zöldborsó hét tulajdonságát, köztük a magok és a hüvelyek alakját és színét. A szakértők azonban egészen mostanáig nem tudták kideríteni, hogy a termesztett borsó (Pisum sativum) Mendel által vizsgált tulajdonságai közül az utolsó hármat mely gének irányítják.
De ez végre megváltozott: a kutatók a Nature folyóiratban április 23-án megjelent tanulmányukban új fejezettel bővítik Mendel történetét, és talán új korszakot nyitnak a borsó genomikai vizsgálatában, amely a növényi eredetű fehérjék népszerű forrása. A szakértők 2019-ben tették közzé a P. sativum referenciagenomját. Ez a digitális szekvencia, a növény DNS-ének leírása, hatalmas áttörést jelentett, mondja Clare Coyne, a Washington Állami Egyetem növénygenetikusa. De a kutató szerint az új tanulmány még ennél is fontosabb, és hihetetlen erőfeszítések eredménye.
Mendel a 19. század közepén végrehajtott híres kísérletsorozatában mintegy 28 ezer borsónövényt keresztezett, hogy megértse, hogyan öröklődnek át a tulajdonságaik a következő generációkra. Bár ekkor még nem létezett a gének fogalma, Mendel arra a következtetésre jutott, hogy a növények örökletes „faktorokat” adnak át az utódoknak, amelyek meghatározzák, hogy azok a faktorok „domináns” vagy „recesszív” változatát, az úgynevezett allélokat öröklik. A kutatók ma is tanulmányozzák az ilyen mendeli tulajdonságokat, és több ezer ilyet azonosítottak az emberekben. Sok tulajdonságot azonban a mai napig nem sikerült konkrét génhez kötni, és ugyanez volt a helyzet Mendel borsóinak eredeti hét tulajdonsága közül hárommal is.
Noam Chayut, az angliai John Innes Centre (JIC) alkalmazott növénygenetikusa, a mostani tanulmány társszerzője elmondta, hogy őt és a csapat többi tagját régóta izgatta a rejtély, és úgy döntöttek, hogy a szekvenálás és a számítási eszközök mostanra eléggé előrehaladottak ahhoz, hogy végre az utolsó három génnel is foglalkozzanak. A JIC erőforrásait használva, ahol több mint 3500 borsóváltozatot őriznek, illetve a nyilvánosan elérhető genomikai adatkészletek révén, a csapat közel 700 borsógenomot gyűjtött össze és mélyszekvenált. A genomok nagyjából 155 millió egypontos nukleotid-polimorfizmust (SNP) tartalmaztak, ami azt jelenti, hogy a DNS-szekvenciák egyetlen bázispárban térnek el a standard vagy „referencia” borsógenomhoz képest.
A csoport több módszerrel, többek között a borsónövények szelektív nemesítésével és genomszintű asszociációs vizsgálatokkal azonosította a három fennmaradó tulajdonsághoz kapcsolódó géneket. Konkrétan megállapították, hogy a borsó hüvelyének színét egy olyan gén szabályozza, amely megzavarhatja a klorofill bioszintézisét, így zöld vagy sárga hüvelyt eredményezhet. Azonosítottak továbbá két olyan gént is, amelyek valószínűleg a növény sejtfalvastagságának befolyásolásával hatnak ki a hüvely alakjára. És azt is megállapították, hogy a genetikai kód egy másik gén egy adott pontján történő törlése változásokat okozhat a növények virágainak elágazásában vagy csoportosulásában.
A több módszer komplex alkalmazása miatt a munka hat évig tartott, és Chayut szerint csak a csapat interdiszciplináris jellege miatt volt lehetséges, hogy sikerrel jártak, mivel mindenki nagyon is szükséges, de eltérő tudást hozott a partnerségbe. „Ennek a kutatásnak a legfontosabb és legszebb része az együttműködés volt” – mondja a szakértő.
Jenna Hershberger, a dél-karolinai Clemson Egyetem növénynemesítője elmondása szerint a szerzők nemcsak egy történelmi rejtélyt oldottak meg, hanem egy gazdag adatsort is összeállítottak, amely nemcsak a jövőbeni borsógenetikai tanulmányok, hanem az alkalmazott borsónemesítés számára is hasznos lesz. Amellett, hogy a csapat a három fennmaradó tulajdonsághoz géneket kapcsolt, további 72 mezőgazdasági szempontból releváns jellemzőt is elemeztek, és Chayut szerint további fontos információk is rejtőznek az adatokban. Amelyek egyébként nyilvánosan is elérhetőek.
A borsófehérje piaca az összes alternatív fehérjeforrás közül a leggyorsabban növekvő piacnak számít, és a kutatók egyre többet szeretnének megtudni a termőképes borsónövények létrehozásáról. Chayutot például a hüvelymérettel, a növény terméshozamával és a magok fehérjetartalmával összefüggő gének tanulmányozása érdekli, Coyne pedig a betegségekkel szembeni ellenállóképességet irányító génekre szeretne összpontosítani.
„Alkalmazott kutatóként engem leginkább az izgat, hogyan használhatjuk fel ezeket az eredményeket a növényeink javítására és megőrzésére, de tényleg nagyon sok mindent lehet kezdeni ezekkel az adatokkal” – mondja Chayut. „Arra számítok, hogy még nagyon sokáig elfoglalt leszek velük.”
