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由莱布尼茨生物技术研究所 (IPK Leibniz Institute) 参与的国际研究团队发现，蚕豆中存在一个虽小但意义重大的基因差异。蚕豆能否越冬或只能在春季生长，取决于其基因组中的一个特定位点。这项研究成果已于今日发表在《自然遗传学》杂志上，有望显著加快耐寒品种的培育。
蚕豆是一种古老的作物。它尤其珍贵，因为它富含蛋白质，并且能够将空气中的氮转化为土壤中植物可吸收的形式。这使其成为大豆的可持续替代品，尤其是在欧洲。然而，许多品种不耐寒。在寒冷地区，它们无法在霜冻中存活。
首先，研究团队成功地显著改进了蚕豆的参考基因组。他们运用了多种方法，例如光学图谱技术，更精确地组装了基因组的各个片段。“我们新的蚕豆基因组参考序列是一个精确的蓝图，缺口显著减少，与六条染色体的锚定更加稳定，为育种提供了可靠的基础。”穆鲁卡蒂克·贾亚科迪教授强调说。他于2023年在IPK创建了最初的参考基因组。在此基础上，研究人员在第二阶段对400多个冬性和夏性品系进行了研究，并系统地比较了相应的遗传物质。
与此同时，他们还进行了关联分析。这类分析旨在研究哪些遗传差异与特定性状相关——在本例中，即耐寒性。他们还调查了哪些基因在寒冷条件下被激活。他们尤其关注那些已知在其他植物物种中与耐寒性相关的基因。
“我们惊讶地发现，单个基因位点上的单个等位基因就足以区分冬夏品种，”该研究的第一作者张海林说。这就像电灯开关一样：要么开，要么关。根据该基因的变异情况，植物是否耐寒取决于其是否能越冬。
在对植物耐寒性的分析中，这个基因位点也成为了最强的信号。该位点上的基因属于CBF/DREB转录因子家族。这些开关基因在寒冷天气下会激活许多其他保护机制。“我们证实，这些基因在寒冷条件下会被显著激活。这证实了它们在植物的抗霜冻能力中发挥着核心作用，”张海林解释道。这些基因可以被视为一种应急预案。当气温下降时，该预案就会启动，植物便会做好应对霜冻的准备。
但这还不是全部。同一个基因位点还与不同环境下的稳定产量相关。“同一个基因位点既影响耐寒性又影响产量稳定性，这对我们来说是一个特别令人兴奋的发现，”IPK“驯化基因组学”研究组负责人马丁·马舍尔博士说道。这意味着这个基因“控制中心”具有多种显著影响。这项新发现可以加速培育出耐寒的冬季田豆，这种豆类在欧洲的产量比普通豆类高出近50%。作为一种本土蛋白质来源，它们还可以减少对进口的依赖。
