Funções biológicas, disponibilidade de recursos e processos evolutivos geralmente desempenham um papel fundamental na determinação da expressão de características genéticas e suas correlações. De fato, várias características de plantas são comumente correlacionadas devido a diferentes fatores ecológicos. Um exemplo comum de tais características correlacionadas é a altura da planta e o tamanho da semente.

Essa correlação está amplamente associada à escala alométrica (as taxas relativas de crescimento de diferentes partes do corpo versus o tamanho total do corpo de um organismo) seguindo uma correlação positiva. Existem várias estruturas conceituais que explicam o mecanismo subjacente da escala alométrica nas plantas, incluindo uma hipótese de que o melhoramento e a domesticação de culturas modernas podem alterar a evolução e o padrão de expressão da altura da planta e do peso da semente .

No entanto, os mecanismos genéticos que influenciam a escala de tamanho e a correlação de características nas plantas e os efeitos reais da intensa domesticação e reprodução permaneceram pouco explorados.

A genotipagem de alto rendimento e a fenotipagem em grande escala possuem um imenso potencial para decodificar os mecanismos genéticos subjacentes das correlações de características e dimensionamento de tamanho. Consequentemente, um estudo recente de pesquisadores da Austrália identificou os possíveis fatores genéticos subjacentes à correlação entre a altura da planta e a escala de peso da semente nas culturas de cevada. O estudo usou o perfil de polimorfismo de nucleotídeo único (SNP) de todo o genoma para um conjunto diversificado de amostras de cevada para medir as diferenças na altura da planta e no peso da semente.

Explicando a razão de seu estudo, o Prof. Chengdao Li, o autor correspondente do estudo, da Murdoch University, diz: "Estudos de associação ampla do genoma (GWASs) mostraram que SNPs podem ajudar a identificar variantes genéticas que afetam dois ou mais traços. Além disso, uma vez que a posição física da variante genética responsável é localizada no cromossomo, sua ligação genética pode ser examinada."

“Escolhemos a cevada para o nosso estudo, pois é uma das culturas de cereais mais importantes que foi submetida a extensos estudos genômicos e possui abundantes dados genômicos e fenotípicos disponíveis”.

O estudo foi publicado na Plant Phenomics .

O Prof. Li e sua equipe analisaram os dados fenotípicos para altura da planta e peso da semente, juntamente com o conjunto de dados SNP de alta densidade do genoma para 12.828 amostras de cevada, que incluíam cevada domesticada e selvagem. Eles primeiro avaliaram a herdabilidade e a correlação entre ambas as características, seguidas pela identificação de SNPs associados a qualquer uma dessas características usando a análise GWAS.

Posteriormente, eles determinaram o efeito pleiotrópico (um mecanismo de correlação de características em que uma variante genética influencia duas ou mais características fenotípicas) de cada SNP na altura da planta e no peso da semente usando modelagem de equação estrutural genômica. Além disso, eles avaliaram o efeito da ligação genética nas duas características usando o decaimento do desequilíbrio de ligação (LD).

Os pesquisadores descobriram que, embora a altura da planta e o peso da semente fossem hereditários e positivamente correlacionados na cevada domesticada, isso não era evidente na cevada selvagem. Além disso, as colheitas de cevada domesticada são mais curtas e têm sementes menores do que a cevada selvagem, o que sugere que a altura da planta e a escala de peso da semente são menos influenciadas pela seleção artificial direta.

A equipe também identificou 20 SNPs que causaram efeitos pleiotrópicos tanto na altura da planta quanto no peso da semente, e foram associados a pelo menos três genes funcionais relacionados ao crescimento e desenvolvimento da planta. Finalmente, a análise de decaimento de LD mostrou que um número significativo de marcadores genéticos, que influenciam uma ou ambas as características, estão intimamente ligados no cromossomo.

Esses resultados indicam claramente que dois mecanismos genéticos distintos formam a base da altura da planta e do peso da semente. da semente na cevada - pleiotropia e ligação genética.

"Nossas descobertas fornecem uma melhor compreensão dos fatores genéticos subjacentes à escala de tamanho, o que, por sua vez, pode expandir o escopo para explorar outros mecanismos subjacentes à escala alométrica nas plantas. Embora nosso estudo tenha examinado a escala de tamanho em uma única espécie de cultivo, ele aponta para a possível existência de mecanismos genômicos semelhantes para escalonamento alométrico em outras espécies de plantas", comenta o Prof. Li.

Além disso, uma vez que a escala de tamanho na cevada é positivamente correlacionada, geneticamente restrita e afetada minimamente pela domesticação, os resultados deste estudo podem ter implicações potenciais para o melhoramento de culturas onde as características correlacionadas são desejadas na direção oposta.