基因组 - 范围协会映射显示了在全球大麦的全球集合中与小植物长度相关的新基因

背景

预计在气候变化中，干旱将更加频繁和严重，这需要作物种子的深度播种才能达到土壤水分。胚芽鞘的长度是大麦等谷类作物的一个关键农艺性状，因为在早期缺水的生长条件下，胚芽鞘的长度与抗旱性和提高幼苗的成活率有关。

结果

在这项研究中，我们在328种不同大麦(大麦芽l .)登记入册。为了了解大麦胚芽鞘长度的总体遗传基础，所有材料在黑暗环境下萌发，并在2周后进行胚芽鞘长度的表型分析。大麦胚芽鞘长度存在显著差异。随后，我们利用3万多个分子标记进行了全基因组关联研究(GWASs)，在我们的大麦面板中鉴定了8个与胚芽鞘长度显著相关的基因和12个基因间位点。的Squamosa启动子结合样蛋白3基因(SPL3）染色体6h被鉴定为主要候选基因。第二外显子的畸形变体将丝氨变为保守的SBP结构域中的丙氨酸，这可能影响其DNA结合活性。

结论

本研究为幼苗植物精益长度提供了遗传基因座，以及候选基因，用于未来潜在融合育种计划，以增强水有限环境中的早期活力和产量潜力。

发芽的单子叶植物的幼苗有一个胚芽鞘，这是一种鞘状组织，覆盖在初生叶子上，在嫩芽穿过土壤到达表面时保护它。当第一片真正的叶子穿过顶端的孔时，胚芽鞘停止生长。胚芽鞘对作物早期形成至关重要，它的长度决定了种子可播种的最大深度[36，40，45，46，57]．如果种子播种深度大于其胚芽鞘的长度，则可能导致出苗率降低，早期生长减少，分蘖数减少，籽粒产量降低[17.，45，50]．在容易发生干旱的农业种植区，表层土壤的水分可能不足以使种子发芽，种子需要播种得更深以获得足够的水分[31，51]及较低温度[33]．因此，在有限的生长区域中优选具有较长的COLEOPTILES的品种;例如，在美国西北地区低供水区种植的冬小麦，深度深度为10至20厘米[52]．在澳大利亚品种中，发现植物长度促进基因的促进基因在播种深度为12厘米的情况下增加小麦幼苗的出现而不影响植物高度[12.]．深度播种也可能降低小鼠或其他动物伤害的威胁[8]，保护幼苗免受急产除草剂[38]．

生长素是一类可以改变植物细胞壁的植物激素，是胚芽鞘细胞伸长和扩张所必需的[9]．在谷物鞘翅油中，养肝诱导的最显着的细胞壁修饰是非恒细胞葡聚糖含量的下降[23.，35，48]和1,3:1,4-β-葡聚糖的降解[49]，通过激活与细胞壁相关的外-和内-β-葡聚糖酶[25.，26.，30.]．这种部分降解导致细胞壁松动，从而增加了细胞的延展性。生长素还能促进H⁺- atp酶在质膜中的含量增加⁺挤出成胎棒以适应细胞壁扩大的最佳pH [18.]．一些研究表明钾通道基因玉蜀黍K⁺频道1（ZMK1)被生长素上调，并通过维持K维持胚芽鞘的伸长⁺堆积和膨胀[41]．还报道了一些其他细胞壁结合的蛋白质是用于细胞延伸的关键调节剂，例如水稻中的α-扩展蛋白[24.]小麦粥蛋白质中的β-扩展蛋白[14.]．核苷二磷酸(NDP)激酶基因也被报道参与胚芽鞘伸长[39]．虽然已知生长素激活一组负责细胞扩张的基因，但胚芽鞘伸长的确切机制仍不清楚。

大麦品种间胚芽鞘长度差异显著。Paynter and Clarke (2010) [33]测定了44个不同育种来源、早期生长习性(直立或匍匐)和系谱的大麦品种的胚芽鞘长度。本收集的胚芽鞘长度从38.7 mm(西澳品种Morrell)到92.9 mm(西澳品种Doolup)，平均70.2 mm。他们的结论是，在他们收集的大麦中，胚芽鞘的长度与育种起源和早期生长习惯无关。武田和高桥(1999)[58]缩小5082麦克利和1214个小麦品种，发现深层种子耐受性差异，含有植物精益长度，首先节间长度和种子尺寸。随后的研究通过几个大麦加倍的单倍体（DH）绘图群体进行了QTL对植物精化长度的分析：Takahashi等。（2001）[57]使用了两种不同的DH群（Harrington×Tr306和STEPTOE×MURTEX），并鉴定了染色体长臂上的深播种耐受性，小山精度长度和第一节间长度的QTL，与QTLS相对应，用于隔离酸和凝胶酸反应。Takahashi等。（2008）[56]使用另一个Harrington×TR306种群，并在染色体上映射QTL，用于染色体1H，2H，4H，5H，6H和7H。然而，只有127个标记为Harrington×TR306种群，以及STEPTOE×Morex人口的223个标记。结果，检测到七个大麦染色体的2至5cm间隔跨越2至5cm的间隔，这对于定位候选基因来说太低了。迄今为止，已经报道了大麦菌灰化长度的特定候选基因。

在本研究中，我们利用3万多个遗传标记进行全基因组关联作图，绘制胚芽鞘长度的标记-性状关联(mas)。我们使用了全球范围内主要驯化的大麦品种(总共328份)，包括在世界上最干旱地区(如澳大利亚)生长的大部分大麦品种。本研究的目的是(i)调查全球不同大麦基因型中胚芽鞘长度的表型变异，(ii)通过GWAS确定与胚芽鞘长度相关的基因组区域，以及(iii)识别和表征最可能的mta候选基因。

大麦的植物精益长度

两个独立实验记录的胚芽鞘长度显著相关(R²= 0.87)(所有胚芽鞘长度的生物副本可在附加文件中找到10.片材1）和小植物长度的可遗传性估计在0.54时。因此，使用两种实验的平均数据来表示品种的植物精光长度（在黑暗中发芽14天）。调查的Barleys对植物精化长度具有显着变化。328麦克利进入的平均长度为5.40厘米，俄罗斯最长的俄罗斯24均为7.51厘米，最短的CDC团结为3.27厘米。大麦面板（292个品种，88.8％）的绝大多数品种具有4至6.51厘米，只有27个品种（8.2％），范围为6.50至7.51厘米，10个品种（3.0％）范围从3.27到3.99厘米（图。1(a))。在本研究中，在我们的数据集中，高于6.50 cm的胚芽鞘被认为是长，低于4.00 cm的胚芽鞘被认为是短。比较了不同产地、不同行型和不同生长习性的大麦(图2)。1(b)、(c)和(d)。胚芽鞘长度将大麦起源分为两个亚群:第1类包括澳大利亚(平均5.60厘米)、非洲(平均5.74厘米)和亚洲(平均5.86厘米);第二组包括欧洲(平均5.26厘米)和美洲(平均5.23厘米)。澳大利亚品种比欧洲品种有更长的胚芽鞘(p= 3.79 × 10⁻⁴）北美和南美品种（p= 1.26 × 10⁻³)，非洲比欧洲长(p = 2.51 × 10^{- 2}）北美和南美（p = 4.26 × 10^{- 2})，亚洲比欧洲长(p = 1.93 × 10⁻⁴）北美和南美（p = 8.87 × 10⁻⁴） （无花果。1(b))。两组成员之间没有发现显著差异。不同行型(2行和6行)大麦胚芽鞘长度相近(2行和6行平均值分别为5.40 cm和5.37 cm)，差异不显著。不同生长习性的大麦间差异不显著(春、冬大麦平均为5.38 cm)。综上所述，胚芽鞘长度与育种来源有关，与行列式和生长习性无关。胚芽鞘较长的品种(> 6.50 cm)及其起源、行型、生长习性和胚芽鞘长度列于表S1(附加文件)5）.

人口结构与连锁不均衡分析

基于遗传距离构建了大麦群体(328份大麦种质)的邻接树(NJ)，分别考虑了起源、行类型和生长习性(图2)。2(a))。本研究中的大麦收藏呈现出高遗传多样性，并从全球起源（35个国家），不同的行类型（两排和六排）和不同的生长习惯（冬季，春季和兼容）（图35）（图。2(a) (b);图S1(附加文件1）).根据行类型、生长习惯或地理位置进行分离的PCA结果如图所示。2（b）。

利用ADMIXTURE v.1.3.0预测本研究大麦种质收集的最佳K值(亚居数)[1]．结果表明，根据Δ交叉验证误差，最优的亚种群数量为K = 7(图2)。2(c)及图S2(附加档案2）).图S3中列出了328个大麦种质的人口结构，其中k值为k值为2〜12（附加文件3.）.对每条染色体进行成对LD衰减（R2）分析，并用物理距离减少（图S4（附加文件4）).

关联分析

使用两个标记亚亚亚亚亚组件进行结合研究：子集MAFO1（MAF> 0.01），包括33,146标记和子集MAF05（MAF> 0.05），包括23,193个标记物。在所有7个染色体上鉴定出显着的MTA（QFDR <0.05）（图S5（附加文件）8）（a）和（b））。分位数（QQ）曲线表明GLM模型适合且有效地对本研究（图S5（附加文件8(C)和(D)。表S2中列出了使用两个标记截断点确定的所有显著mta(附加文件)6）.共鉴定出128个与胚芽鞘长度显著相关的标记(qFDR< 0.05)，分别代表53个基因位点(基因内位点)和54个基因间位点(基因间位点)6))，解释4.07-6.81%表型变异(r²）.除MAF01和MAF05所鉴定的共同标记外，MAF01还鉴定了49个附加标记，其中19个基因位点和9个基因间位点(见表S2)6))，解释3.37-5.54%的表型变异(r²）.除MAF01和MAF05鉴定的常用标记外，MAF05还鉴定了21个附加标记，分别代表7个基因位点和9个基因间位点(表S2)6）），阐述表型变异的3.49-4.07％（R.²）.

高度显著相关的位点(qFDR< 0.01，−log_10.(q) > 2.0)由MAF01或MAF05鉴定，列于表中1．MAF01和MAF05共鉴定出5个基因位点，包括HORVU1Hr1G073010(未知函数),Horvu1HR1G076430（蛋白质开花位点T（FT.)),HORVU1Hr1G077230（纤维素合成酶C6（CSLC6.)),Horvu5HR1G058300（Trehalose-6-phosphate磷酸酶（TPPB.)),HORVU5Hr1G007340（富亮氨酸重复受体样蛋白激酶家族（LRR-RLK.）).基因内的一个基因位点HORVU6Hr1G019700（Squamosa启动子结合样蛋白3（SPL3））仅在MAF01中检测到。两种基因含有基因座，Horvu6HR1G022770（蛋白质春化不敏感3（VIN3.））， 和Horvu6HR1G022500（BTB / POZ domain-containing蛋白质（楼宇科技)仅在MAF05中检测到。总结了每个候选基因中最高的显著相关标记(qFDR最低)对胚芽鞘长度的影响(图1)。3.和附加文件10.综上所述，基因内相关标记对胚芽鞘长度有较强的影响。MAF01、MAF05或两者同时鉴定出12个基因间位点。在位点周围搜索可能与胚芽鞘长度有关的基因，并在表S3中列出(附加文件7）.

胚芽鞘长度的主要候选基因

基因内的标记SPL3MAF01和MAF05的胚芽鞘长度与胚芽鞘长度有关。MAF01上有5个标记SPL3(0.01 < qFDR< 0.05)SPL3各相关性显著性最高(qFDR = 5.4 × 10)⁻³）.在MAF05中有2个标记SPL3被鉴定为显著(0.01 < qFDR< 0.05)(表S2(附加文件6）).虽然8个候选基因中的显著标记对胚芽鞘长度均有较强的影响，但标记C6H53910826(和其他10个标记qFDR = 5.4 × 10)对胚芽鞘长度的影响较大⁻³在MAF01)SPL3显示出最显着的效果：当呈现出呈等位基因C和呈现的等位基因T时，平均长度为5.37厘米（p = 2.85 × 10⁻⁶） （无花果。3.(a))。综上所述，多个标记对SPL3已被确定为明显地通过不同的方法和一些标记具有最高的关联指数（QFDR = 5.4×10⁻³）对表型产生最强的影响。所以，SPL3在本研究中被认为是与胚芽鞘长度相关的主要候选基因。

SPL3是位于染色体6H：53,909,817至53,916,886（7070bp）的转录因子基因，由5'UTR，3'UTR，四个外显子和三个内含子组成（图。4(a))。该基因编码具有474个氨基酸（AAS）的蛋白质。保守的SBP结构域是该转录因子的中心功能区域，并含有植物特异性DNA结合结构域。在最后的外显子上也发现了miR156结合目标SPL3．图中总结了所有的变异和氨基酸替换。4(b).外显子上有5个变体，包括4个错义变体和1个同义变体。在53,913,050位置的错义变体将SBP结构域的丝氨酸替换为丙氨酸，可能影响了其dna结合活性。该标记C6H53913050是本研究中意义最高的标记之一(qFDR = 5.4 × 10)⁻³）.其他三种错义变体包括:53,913,549位谷氨酸替换为赖氨酸，53,913,335位丙氨酸替换为缬氨酸，53,910,588位丙氨酸替换为缬氨酸。然而，在miR156结合靶点上没有发现变异(图。4(b))。在5'或3'UTR中发现五种变体，内含子中的八个变体（图。4（b）），可能影响基因表达。无花果。4（c）显示所有检测到的变体的位置，包括与小植物长度的显着关联和非显着关联，以及这些标记周围的LD图。

进一步了解的角色SPL3大麦植物植物精灵生长的基因，我们在两种品种的植物精神组织中测量了其在植物精神系组织中（CDC统一（小学浓度为3.27cm）和CI5791（小植物长度为7.17cm）），代表两个主要单倍型SPL3（C / T在标记C6H53910826）中的人口。比较SPL3CDC Unity与CI5791之间的表达，以及在黑暗和自然光下的表达如图所示。5(原始数据可在附加文件10.表3)。数据代表相对于对照的肌动蛋白归一化靶基因表达SPL3在黑暗条件下，CDC Unity与CI5791基因表达量差异无统计学意义(记为1)。无论在黑暗条件下还是在自然光下，CDC Unity与CI5791基因表达量差异均无统计学意义。而在CDC Unity中，光照条件下的表达比黑暗条件下降低了43%。同样，在CI5791中，光照条件下的表达量比黑暗条件下减少39%。综上所述，两种植物的胚芽鞘长度存在差异SPL3等位基因不是由于基因表达，但对于两位等位基因来说，当在日光下暴露菌液时，基因表达存在稳步下降。

由于气候变化而发生的更频繁的干旱已经成为世界上许多种植区域的主要挑战。长胚芽鞘大麦有潜力帮助缓解羽化限制和改善大麦在缺水地区的田间建立。在本研究中，我们利用328份含有3万多个分子标记的大麦材料对胚芽鞘长度进行了GWAS分析。结果,胚芽鞘长度显示显著的变化在这个人口和大麦GWAS 8基因和12基因间的识别位点与高意义,提供一个有价值的来源选择长胚芽鞘大麦在未来(胚芽鞘是长6.50厘米,4.00厘米以下被认为是短的在我们的数据集)。

在这项研究中，种子在洗涤的河砂中播种，常用方法用于植物测量[44，56[与湿滤纸法相比，与种子的天然萌发条件更密切相关[6]．以往的研究表明，除遗传因素外，种子来源(种子年龄、贮藏条件、生长位置、种子大小、种子生存力)和萌发方式都可能影响胚芽鞘的长度[42，56，这解释了我们的测量与早期研究相比的差异[6，40]．

等位基因频率是影响GWAS能力和检测标记-性状关联的关键因素[2]．迄今为止，大多数GWAS研究完全集中在常见变体上（MAF≥0.05）。但是，据报道，大麦的案例，罕见的等位基因占某些具有作物改善和进一步遗传研究的某些人的自然等位基因变异[62]．为了同样发现信息丰富的罕见等位基因，我们在本研究中纳入了两个MAF截断位点——一个用于≥5%的普通等位基因，另一个用于≥1%的罕见等位基因。

SPL3是本研究中植物精精长度的主要候选基因。SPL3蛋白属于SBP系列并包含保守的SBP域。它是一种重要的植物特异性转录因子调节植物生长和发育，两个锌指结构位于SBP结构域的核心区域中[32]．根据基因变体，存在四种氨基酸取代，其中一个是位于SBP结构域的第二锌 - 手指结构中的丙氨酸对丙氨酸变化[10.]．尽管替换不是在锌指结构中最保守的部分(图S6)9)，它可能影响SPL3 DNA结合亲和力或蛋白质相互作用。miR156结合区域在SPL3是MicroRNA后转录后调节的关键目标[10.，但在上面没有发现变异。我们表明,SPL3在胚芽鞘组织中表达，在黑暗条件下表达增加，与胚芽鞘生长的光敏感性一致。尽管与日光条件相比，在黑暗中表达只增加了60-70%，但这种效果可以显著放大，因为SPL3是一种转录因子，可能激活其他基因[13.，60]．但两种单倍型在群体中的基因表达量相同，因此两种基因型的胚芽鞘长度变异可能是由于蛋白质差异而不是表达量的差异。然而，基因表达检测仅在萌发期的某一时间点(7天)进行，可能错过了两个品种表达差异有统计学意义的窗口期。为了对表达差异得出更确切的结果，可以对萌发过程进行一个时间进程。此外，蛋白质序列变异之外的其他因素也可能影响蛋白质的功能，如翻译后修饰和与其他组分的相互作用[11.，15.]．在这个阶段，如何SPL3变异对两个品种间胚芽鞘长度的影响尚不清楚。尽管在我们最初的GWAS研究中，我们提供了一个基因可能含有因果变异的统计证据，但在任何GWAS研究中，需要额外的统计方法和后续的功能研究来区分可能的功能变异和LD中带有功能变异的变异。还需要进一步的研究来确定该基因的功能和下游目标，以及它如何影响大麦胚芽鞘的生长。

在这项研究中发现的一些候选基因被证明可以调节其他植物的细胞生长。CSLC6.在1H中，由于具有高度显着的缔合的植物长度，编码涉及细胞壁生物合成的酶。提出了一种纤维素合成酶的系列的基因，以编码合成半纤维素骨骨的酶的催化亚基[47]．先前的一项研究表明，半纤维素参与调控细胞壁的修饰、伸长和生长[61]．因此，该基因可能通过调控细胞壁的合成来影响胚芽鞘的长度。GA2ox（HORVU1Hr1G076730）在1H中被鉴定为另一种候选基因，也是一种已知的半矮种基因[34]．该基因在赤霉素(Gibberellin, GA)分解代谢途径中起重要作用，通过灭活内源生物活性气体来调控植物生长。以往的研究表明，许多半矮化基因对胚芽鞘的长度有负面影响[5，16.]．该基因可能通过GA途径在多个方面调控植物生长，包括胚芽鞘伸长。Expb2.（HORVU1Hr1G054230）在1H仅由MAF01识别，具有重要关联。本基因家族的成员已经显示出调节其他谷物作物中的菌血霜生长[14.，24.]．前期研究表明，小麦胚芽鞘长度受不同染色体上的多个基因控制，效应较小的qtl组合可明显提高胚芽鞘长度[37，46]．该研究还需要进一步研究该基因和位点对大麦胚芽鞘长度的影响，为通过操纵多个基因/位点培育出具有较好的胚芽鞘长度的大麦品种提供机会。

对于在干旱锅炉中生长的谷物作物，植物中栽培的栽培品种可以更快地出现并更好的早期活力[3.]．较长的植物植物不仅可以保护农作物免受早期的干旱保护，而且还可以提高水利用效率，并且在低供水区域中更具可持续性[29.]．在过去的几十年中，植物精灵伸长率主要在小麦中进行了研究，主要关注侏儒或半矮种基因，对菌肤素长度没有影响几乎没有影响[16.]．除了矮化基因之外，只有少数其他研究宣布了与矮化基因以外的科学长度相关的基因座[5]．在本研究中，通过基因组宽关联分析，高意义鉴定了20个基因座（表1）在较低的意义下检测到超过100个基因座（表S2（附加文件6)，提供了与胚芽鞘伸长相互作用的广泛遗传因素。本研究综述了调控胚芽鞘长度的基因库。本研究检测到的基因在大麦种质中的变异及其调控胚芽鞘细胞生长的机制有待进一步研究。这为了解作物早期活力和田间建立的遗传网络提供了机会。

在本研究中，全球收集的328份大麦胚芽鞘长度表型变异较大。利用3万多个标记进行全基因组关联分析，发现8个基因和12个基因间显著性(qFDR< 0.01)， 71个基因和60个基因间显著性(qFDR< 0.05)。SPL3是本研究确定的新的胚芽鞘长度主候选基因。在候选基因中，它对胚芽鞘长度的影响最大，并通过多种标记和不同方法进行了鉴定。SPL3在植物精精中表达但在单倍型之间没有发现显着的表达差异。SBP域的第二锌指结构中丙氨酸的偶然SPL3可能影响了它的dna结合活性。这项工作为大麦胚芽鞘长度的遗传因素提供了有价值的概述，以更高的分辨率检测全基因组位点，使在未来的研究中更容易定位相关基因。通过对胚芽鞘生长调控机制的深入了解，为大麦等作物提高幼苗早期活力和立地提供了契机。

植物材料

在这项研究中，从之前描述的大麦多样性小组中选择了328份大麦材料[20.，22.]．该选区包括培养，兰德斯和研究大麦加入，代表植物精益长度，地理产地（欧洲，南美，南美，非洲，亚洲，亚洲和澳大利亚的35个国家）和培养大麦生活（两排和六排基因型）;冬天，春天和兼职生长习惯）。图S1中提供了本研究中使用的所有植物材料（附加文件1)及附加档案10.表1所示。

表现型

从328个供试品种中分别筛选出大小和饱满度正常的种子。商业上可用的水洗河砂来自于埃文河(珀斯，西澳大利亚)，并由CSBP土壤和植物分析实验室(珀斯，西澳大利亚)对其特性进行了测试。它不含可能影响植物生长包括胚芽鞘生长的化学残留物。每个基因型的大麦种子播种于2 cm深度的8x8cm的单个细胞中，发芽盘中填满冲洗过的河沙(12% v/w水分)，并在20°C的黑暗中保存。14天后，将黄化苗从河沙中拔出，用尺子手工测量胚芽端到胚芽端胚芽鞘的胚芽鞘长度。从每一种质中取8粒种子(8个生物学重复)进行胚芽鞘长度测定，每粒种子测定3次(3个技术重复)。这个实验重复了一次。偏离平均值超过2个标准差单位的绝对测量值被认为是异常值，并设置为缺失值。用16个生物重复的平均值来表示品种的胚芽鞘长度。

DNA提取和高通量基因分型

328名大麦品种的收藏在默多克大学，珀斯，西澳大利亚珀斯（32°04，115°50'e）的天然亮的玻璃杯中生长，并在三叶阶段收获（每种品种三种植物）。使用快速甲酰基三甲基 - 溴化物（CTAB）方法进行基因组DNA提取[53]．

我们使用了三种测序方法(靶标富集测序、低覆盖全基因组测序(WGS)和DArTseq)的组合，来捕捉328个大麦基因型的基因包含区域及其周围的变异。基因组DNA区域的靶富集测序和低覆盖全基因组测序如前所述[20.，22.]．使用Dartseq平台进行Dartseq的基因分型逐序列（GBS），如前所述[21.]．采用严格的过滤步骤获得干净的数据。将所有基因型数据进行合并，根据MAF > 1%或MAF > 5%的重复进行过滤，并使用BEAGLE v.4.1估算。

群体结构及基因型数据分析

利用TASSEL v.5.2.39软件计算基于IBS(身份-状态相似度)的遗传距离，并计算Neighbor-Joining (NJ)树状图[7]．

采用ADMIXTURE v.1.3.0基于模型的聚类算法对大麦多样性面板的亚种群结构进行了研究。在进行admix群体结构分析之前，利用Plink v1.939对基因型数据进行了LD修剪，窗口大小设置为50 kb，步长设置为5，并对基因型数据进行了配对修剪²阈值设为0.5，产生19,014个遗传变异。将K值设置为1至20，以进行100个复制运行的初步分析，并且如前所述执行10倍的交叉验证（CV）过程[20.，21.]．使用admix的CV误差值来选择最可能的k值。对每个k值的重复比对进行优化，使用丛生蛋白[27.]．利用Pophelper v.2.2.3 (http://royfrancis.github.io/pophelper/)，由R软件(http://www.r-project.org/）如前详述了[21.]．

还基于使用Tassel V.5.2.39的所有标记数据进行主成分分析（PCA），以总结大麦种质中存在的遗传结构和变化。在Microsoft Excel 2016中使用“散点图绘图”功能相互绘制前两个主成分。使用Java应用程序拱型X V.0.9909，构建NJ树[19.基于TASSEL v.5.2.39计算的遗传距离。

LD分析

通过PLINK v.1.93的缔染色体族遗传标记物中的一对明智的比较进行基因组LD分析。43]．通过使用平方等位基因频率相关性估计LD（R.²）在染色体内的基因座之间。探讨LD衰变的程度，染色体内r²数值是根据标记之间的物理距离(kb)绘制的。利用R软件v.3.5.1 (http://www.r-project.org/）.

关联分析

利用TASSEL中33 146 (MAF > 0.01)和23 193 (MAF > 0.05)基因标记进行全基因组关联研究[7]．

P- 推定MTA的值，通过许多不同的统计模型计算人口结构（Q）和亲属矩阵（k）来防止虚假关联。测试以下型号：i）天真型号：GLM没有任何矫正人口结构;II）P型号：GLM与Q（3,5和7个）或K矩阵（基于简单SNP匹配系数的遗传相似矩阵，其也用于将邻接树构造为群体的校正结构体;III）Q + K型号：压缩混合线性模型（MLM），群体结构（Q）矩阵（PCS：3,5,7）和K矩阵（基于简单SNP匹配系数的遗传相似性矩阵，也用于构建邻居加入树）作为对人口结构的校正。比较结果，并根据定量定位（Q-Q）图，对于该研究，具有群体结构（Q）矩阵（前三名PC）的GLM，作为对群体结构的校正最合适的所有测试模型。

对于GLM模型和分析，使用R包（R 3.4.2）在不同的测试中计算QValue，如前所述[20.，54，55，以评估mta的重要性。Lambda被选为0，它估计πi(0) = 1，这将产生一个重要测试列表，等价于[4]程序并被认为是QValue方法的保守情况。只有QFDR <0.05的标记被认为是显着的。曼哈顿图用qqmanv.0.1.4绘制[59]．

广义遗传(H²)，在R统计软件中，将基因型和环境作为随机效应处理，根据以下方程，使用“lme4”包和标准的“方差分析”函数计算:

在哪里\({\σ}_a ^ 2 \)和\({\σ}_e ^ 2 \)代表分别从基因型和环境效应衍生的差异。

候选基因表达

从大麦品种CDC Unity(短胚芽单倍型)和CI5791(长胚芽单倍型)中选择大小和饱满度正常的种子，代表主要候选基因的两个主要单倍型Squamosa启动子结合样蛋白3（SPL3短型和长型胚芽鞘单倍型之间的单核苷酸变异可在附加文件中找到10.表2;结果表明，无花果胚芽鞘短型和长型之间的氨基酸变化显著。4（b）在顶部和长单倍型的短单倍型）。每种各种八个种子在洗涤的河砂（12％V / W水分）中播种2cm深度，并在黑暗或正常日光下储存在20°C。将八个幼苗的鞘翅油作为一种生物学重复收集。三种生物重复和三种技术复制用于基因表达测定。在第7天收集菌髓，并将研磨成具有液氮的细粉末。在制造商指令之后使用假图（Bioline，＃38032）提取总RNA。使用Nanodrop TM One Microvolume UV-Vis分光光度计（Thermo Sciencific）进行测量RNA提取物，并且近似等量的RNA（〜1μg）用于逆转录。使用Sensifast TM cDNA合成试剂盒（Bioline，＃65053）根据制造商指令进行逆转录。使用Sensifast TMSybr®Lo-Rox试剂盒（Bioline，＃94005）和Viia™7实时PCR系统（应用生物系统）进行实时PCR，一式三份适用于每个cDNA样品。设计了一对引物被设计成唯一地结合SPL3SPL3_exp_F (5 ' -ACAGTGCAGCCGGTTTCATG-3 ')和SPL3_exp_R (5 ' -GAACATATGGAGCCTGACCGA-3 ')(产品大小197 bp;退火温度62℃)。目的基因表达以Actin为参照进行归一化[28.]．热循环设置如下:96°C 2 min, 96°C 15 s, 62°C 15 s, 72°C 15 s, 40个循环，最后72°C延伸5 min。熔体曲线分析按如下方案进行:95℃15 s(升温速率1.6℃/s)， 60℃1 min(升温速率1.6℃/s)， 95℃15 s(升温速率0.05℃/s)。目的基因的相对表达量为2^-△Ct．PCR产物的尺寸估计2％琼脂糖凝胶。

支持本文结论的数据集包含在附加文件中10.．先前在数据描述符中发布了目标重新排序数据[22.，在ArrayExpress中以标识符E-MTAB-7362公开可用。物候基因的SNP、InDel和KASP基因分型结果可在Figshare中找到:https://doi.org/10.6084/m9.figshare.c.4357706［22.]．

GWAS:

全基因组关联研究

SPL3:

Squamosa启动子结合样蛋白3

ZMK1:

玉米K⁺频道1

NDP：

核苷二磷酸酯

DH:

双倍单倍体

QTL:

定量特质基因座

MTA:

标志性协会

CTAB：

十六烷基三甲基 - 溴化物

加:

轻微的等位基因频率

肠易激综合症：

逐态相似性

NJ：

Neighbor-Joining

LD:

连锁不平衡

主成分分析:

主成分分析

简历：

交叉验证

glm：

一般线性模型

Q-问：

Quantile-quantile

罗斯福:

假发现率

aa:

氨基酸

CSLC6:

纤维素合成酶C6

Ga2ox：

赤霉素2-氧化酶

遗传算法:

赤霉酸

EXPB2:

expansin-B2

FT：

开花轨迹T

TPPB:

Trehalose-6-phosphate磷酸酶

LRR-RLK:

富亮氨酸重复受体样蛋白激酶家族

VIN3：

vernalization不敏感3.

楼宇科技:

BTB / POZ domain-containing蛋白质

佤邦:

澳大利亚西部

不适用。

作者的这项工作没有得到具体的资助。

从属关系

1. 西大麦遗传学联盟，农业科学，默多克大学卫生，工程与教育学院，90南街，默多克，沃德，6150，澳大利亚

   郝罗，卡米拉打山，萧琦张李

2. 澳大利亚西澳大利亚州南珀斯第一工业和区域发展、农业和食品部

   高峰周

贡献

HL设计了实验，对采集的大麦胚芽鞘长度进行了表型分析，对数据进行了分析，起草并修改了手稿。CBH对数据进行了分析，进行了GWAS和种群结构分析，提供了标记数据，并对手稿进行了修订。GZ分析了这些数据。XQZ提供了标记数据。CL监督实验并提供关键反馈。所有的作者都讨论了结果，并对最终的手稿做出了贡献。

相应的作者

对应于埕岛李．

伦理批准和同意参与

不适用。

同意出版

不适用。

相互竞争的利益

两位作者宣称他们没有相互竞争的利益。

出版商的注意事项

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