解码大麦株高和种子重量缩放背后的遗传学

生物学功能、资源可用性和进化过程通常在确定遗传性状的表达及其相关性方面起着关键作用。事实上，由于不同的生态因素，几种植物性状通常是相关的。这种相关性状的一个常见例子是植物高度和种子大小。

这种相关性与正相关之后的异速生长缩放(不同身体部位的相对生长速率与生物体的总体型)广泛相关。有几个概念框架解释了植物异速生长缩放的潜在机制，包括现代作物育种和驯化可以改变植物高度和种子重量的进化和表达模式的假设。

然而，影响植物大小尺度和性状相关性的遗传机制以及密集驯化和育种的实际效果仍未得到充分探索。

高通量基因分型和大规模表型在解码性状相关性和大小缩放的潜在遗传机制方面具有巨大的潜力。因此，澳大利亚研究人员最近的一项研究确定了大麦作物株高与种子重量缩放之间相关性的可能遗传因素。该研究对各种大麦样品使用全基因组单核苷酸多态性(SNP)谱来测量植物高度和种子重量的差异。

该研究的通讯作者，来自默多克大学的李成道教授在解释他们研究的基本原理时说：“全基因组关联研究(GWASs)表明，SNP可以帮助识别影响两个或多个性状的遗传变异。此外，一旦负责任的遗传变异的物理位置位于染色体上，就可以检查它们的遗传联系。

“我们选择大麦进行研究，因为它是最重要的谷类作物之一，经过广泛的基因组研究，并拥有丰富的基因组和表型数据。

该研究发表在《植物表型组学》上。

李教授和他的团队分析了12，828个大麦样本的株高和种子重量的表型数据以及高密度全基因组SNP数据集，其中包括驯化和野生大麦。他们首先评估了两种性状之间的遗传力和相关性，然后使用GWAS分析鉴定了与这些性状相关的SNP。

此后，他们使用基因组结构方程建模确定了每个SNP对株高和种子重量的多效性效应(遗传变异影响两个或多个表型性状的性状相关性状机制)。此外，他们使用连锁不平衡(LD)衰减评估了遗传连锁对两个性状的影响。

研究人员发现，虽然植物高度和种子重量在驯化大麦中是可遗传的并且呈正相关，但在野生大麦中并不明显。此外，驯化大麦作物比野生大麦更短，种子更小，这表明植株高度和种子重量缩放受直接人工选择的影响较小。

研究小组还确定了20个SNP，它们对植物高度和种子重量产生多效性影响，并且与至少三个与植物生长发育相关的功能基因相关。最后，LD衰变分析表明，影响其中一个或两个性状的大量遗传标记在染色体中密切相关。

这些结果清楚地表明，两种不同的遗传机制构成了大麦株高和种子重量缩放的基础 - 多效性和遗传连锁。

“我们的研究结果提供了对尺寸缩放背后的遗传因素的更好理解，这反过来又可以扩大探索植物异速生长缩放的其他机制的范围。虽然我们的研究检查了单一作物物种的大小缩放，但它指出可能存在类似的基因组机制，用于其他植物物种的异速生长缩放，“李教授说。

此外，由于大麦的大小缩放是正相关，遗传约束，并且受驯化的影响最小，因此这项研究的结果可能对需要相反方向相关性状的作物育种产生潜在影响。

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