等位变异Vrn-B1a和Vrn-B1b的春化效应及其在黄淮冬麦区小麦品种中的分布

春化基因Vrn-B1是决定黄淮冬麦区小麦品种冬春性的主要基因之一,研究其不同显性等位变异的低温春化作用效应及分布,对该区小麦品种选育和推广具有重要意义。以等位变异Vrn-B1a品种皖麦33与等位变异Vrn-B1b品种豫麦34为亲本构建杂交组合,对其F2代进行5～35 d的低温春化处理,并在温室(22±3℃,16 h昼/8 h夜)鉴定抽穗期,结合分子标记分析低温春化处理时间对各等位变异型抽穗期的影响。同时对228个黄淮冬麦区小麦品种进行相关位点分子检测,分析该基因等位变异的分布特点。各春化处理均使两种等位变异小麦植株的抽穗期提前,但Vrn-B1a抽穗时间比Vrn-B1b晚约2 d。从春化处理当天至处理后25 d,2种等位变异类型的抽穗时间均随春化时间的延长而缩短;继续延长春化时间,抽穗期不再缩短,表明满足两种等位变异完成春化的低温时间为20～25 d。在228个品种中,Vrn-B1位点有214个(93.9%)隐性和14个(6.1%)显性等位变异。其中,显性等位变异Vrn-B1a有6个,占总品种数的2.6%;Vrn-B1b有8个,占总品种数的3.5%。在黄淮冬麦区小麦品种中,春化基因Vrn-B1位点至少存在Vrn-B1a和Vrn-B1b两种显性等位变异类型,两种等位变异类型纯合小麦植株的抽穗时间不同。

中国黄淮海地区小麦品种抗寒性及其与VRN1基因型的关系

冬季冻害是当前小麦生产面临的主要自然灾害之一。以我国黄淮海地区近年主栽的71个小麦品种为材料,通过对其抗寒性调查和VRN-A1、VRN-B1、VRN-D1位点基因型的分子标记鉴定,研究小麦抗寒性的生物学基础,探讨VRN1基因在小麦抗寒性中的作用。结果表明,小麦的抗寒性与其他抗逆性状相关联,生产和国家区域试验证实具有较好抗旱节水、耐盐碱等抗逆特性的品种多具有较强抗寒性。VRN1是小麦抗寒性的关键性遗传调控位点之一,显性基因VRN1的存在会显著降低品种的抗寒性,具有2个或3个VRN1基因的品种一般抗寒性都很弱,而3个位点均为隐性基因是品种具有强抗寒性的必备条件。因此,建议我国黄淮海北部地区应加强选育、推广基因型为vrn-A1vrnB1vrn-D1的品种,以保证小麦安全生产。

用STS标记检测春化基因Vrn-A1在中国小麦中的分布

在证实Vrn-A1春化基因的STS标记与CAPS标记结果一致的基础上,用STS标记检测了全国主要麦区历史上大面积推广和当前主栽的250份品种的春化基因Vrn-A1。结果表明,中国品种Vrn-A1基因平均分布频率为36.8%,不同麦区的分布频率不同,依次为东北春麦区=北部春麦区=西北春麦区(100%)>新疆冬春麦区(42.9%)>西南冬麦区(35.3%)>黄淮冬麦区(19.8%)>长江中下游冬麦区(17.4%)>北部冬麦区(3.0%),这与冬春特性有关。在长江中下游冬麦区和西南冬麦区品种中,Vrn-A1基因分布频率随着时间推移呈降低趋势;在黄淮冬麦区品种中,20世纪50到70年代呈上升趋势,随后呈下降趋势。在年最大推广面积大于66.7万hm2的58份品种中,Vrn-A1基因的频率为27.6%。这些信息有助于改良小麦品种的适应性和提高产量潜力。

黄淮麦区21个小麦品种中春化基因VRN1的组成分析

为了明确黄淮麦区小麦品种的春化基因组成,采用序列特异性PCR扩增技术分析了21个小麦品种春化基因VRN1的显隐性组成特性。结果表明,所检测品种中没有发现VRN1在A基因组为显性(Vrn-A1)的基因型;偃展1号中VRN1在B和D基因组均为显性;周麦19、豫农949、郑麦004、洛麦21、豫麦18、矮抗59和偃展4110中,春化基因VRN1在D基因组中为显性;豫麦49、豫麦70、小偃81、郑麦366、豫麦70-36、温麦8号、洛旱2号、温麦19、豫农301、周麦16、平安3号、众麦1号和阜麦936中,春化基因VRN1在A、B和D基因组均为隐性。

九个春化作用特性不同的小麦品种中VRN1基因的组成和特性分析

采用序列特异性PCR扩增技术,分析9个春化特性不同品种小麦春化基因VRN1在A、B和D基因组中等位基因的显隐性组成特性的结果表明:小麦品种‘辽春15’中春化基因VRN1的A、B和D等位基因均为显性;小麦品种‘新春2号’只在A基因组中为显性;小麦品种‘豫麦18’的D基因组中为显性;‘郑麦9023’和‘新冬18’两个品种的B基因组中为显性;‘周麦18’、‘豫麦49-198’、‘京841’和‘肥麦’4个品种的A、B和D等位基因均为隐性。

细胞分裂素对金钗石斛开花及其VRN1-like基因表达的影响

以金钗石斛类原球茎为材料,通过同源克隆分离其VRN1-like同源基因,利用半定量RT-PCR分析细胞分裂素20 mg/L的噻重氮苯基脲(Thidiazuron)对该基因在腋芽和类原球茎中表达的影响.结果表明,喷施TDZ可以代替低温处理诱导金钗石斛开花;金钗石斛VRN1-like基因DnVRNA的cDNA编码的蛋白与高羊茅(Festuca arundinacea)和小麦(Triticum monococcum)中VRN1蛋白的氨基酸序列一致性分别为63%和62%.DnVRNA在腋芽中的表达受TDZ的促进,而在类原球茎中,其表达也受到细胞分裂素和低温的诱导,暗示该基因可能参与细胞分裂素替代低温诱导金钗石斛成花的生物学过程.

小麦品种耐寒性与春化VRN-1等位基因的关系研究

以来自11个省份的134个小麦品种为试验材料,于2009-2010年在石家庄种植,调查冻害情况;并利用分子标记鉴定VRN-1等位基因组成,以明确小麦品种春化VRN-1等位基因组成与耐寒性的关系。结果表明:小麦品种的耐寒性与其VRN-1等位基因组成、地理来源和耐旱性等因素有密切关系。当地理来源相同时,品种的耐寒性一般随着VRN-1等位基因控制的春化效应的增强而减弱;当VRN-1等位基因组成相同时,品种的耐寒性一般随着地理来源的纬度降低而减弱。本研究结果为小麦品种的耐寒性改良提供了重要参考。

春化基因VRN-1在骨干亲本南大2419衍生系中的分布

春化是指某些植物需要在低温环境下放置一段时间才能诱导开花的过程,是植物适应寒冷冬季的一项重要功能。小麦中主要的春化基因是VRN-1基因,分别为VRN-A1,VRn-B1和VRN-D1。本课题通过使用PCR分子标记技术测定了骨干亲本南大2419的69个衍生系品种的VRN-1基因型。结果表明:在所有测试品种中,显性VRN-A1的频率为4.3%,显性VRN-B1的频率为30.4%而显性VRN-D1的频率为81.1%。显性VRN-A1和VRN-B1基因的分布频率呈现出从冬小麦区到春小麦区的上升趋势。同时也提出了其对今后育种工作的影响。

普通小麦春化基因VRN1 RNA干扰载体构建及转基因小麦获得

为进一步探究春化基因VRN1在小麦发育进程中的功能,利用荧光定量PCR分析了VRN1基因在不同发育特性小麦品种新春2号、京841中的表达情况。结果表明,随着生育进程的推进,VRN1基因在新春2号叶片和茎尖中表达量均呈上升趋势,VRN1基因在京841叶片中呈波动上升趋势,在茎尖中表达量趋于0;以p FGC5941载体为基础构建含有VRN1反向重复序列的RNA干扰载体,利用农杆菌介导的茎尖转化法转化新春2号获得了再生植株,并通过PCR法检测获得了转基因阳性植株,为从分子水平上实现小麦发育特性遗传改良和创育小麦新种质奠定了基础。

郑麦9023春化基因VRN-1的组成及表达

以郑麦9023叶片为材料,利用序列特异性PCR扩增技术克隆了春化基因VRN-1,并通过0～2℃冰箱模拟春化处理0、10、20和30d,对该基因在一叶期至九叶期叶片中的表达进行了分析。PCR分析表明,VRN-1基因在郑麦9023的A和D基因组中均为隐性,在B基因组中为显性,基因等位类型为vrnA1VrnB1vrnD1。在克隆VRN-A1、VRN-B1和VRN-D1基因序列的基础上,设计了3个等位基因的特异引物,并利用该特异引物进行半定量RT-PCR分析。结果显示,在未经春化处理的条件下,一叶期未检测到VRN-A1和VRN-D1表达,而VRN-B1已有较低水平的表达;从三叶期开始,3个等位基因都有较高水平的表达,并一直持续至开花期。在春化处理10、20和30d条件下,VRN-1的3个等位基因在一叶期就出现较高水平的表达,并保持至开花期。

拟南芥春化相关基因VRN2的克隆及其植物表达载体的构建

本文利用特异性引物,从拟南芥RNA中提取春化相关基因VRN2 cDNA序列,GenBank登录号AY063047。该基因序列大小为1 354 bp,编码区为1 323 bp,编码氨基酸441个。将克隆片段插入中间载体pBPF?7,经PstI酶切回收带有P35S启动子和nos终止子片段,连接pBI121载体,构建VRN2基因的植物表达载体。

不同发育特性小麦品种春化基因VRN2的序列分析

为了明确小麦春化基因VRN2与春化发育表现型的关系,以6个不同春化发育特性的普通小麦品种为试验材料,采用PCR技术对春化基因VRN2的CCT保守区中43个氨基酸序列进行了分析。结果表明,不同品种间ZCCT-A1的CCT功能域的序列存在差异,肥麦有R35W突变,另外5个品种均有R39C突变;ZCCT-A2均存在R16C突变;B和D基因组中均未发现突变。这表明VRN2基因编码区的等位变异主要出现在A基因组上,而B和D基因组中的VRN2基因在目前大面积主栽品种中均为显性。

拟南芥春化基因vrn2的克隆及相关分析

进行了拟南芥春化基因vrn2(Vernalization2)在拟南芥和唐菖蒲基因组DNA分子上的定位研究。以拟南芥(ArabidopsisthalianaL.)为材料,根据已报道的vrn2基因序列,设计并合成一对特异引物,通过PCR方法扩增出全长3154bp的特异片段。Southern杂交结果表明,在拟南芥基因组中,用HindⅢ酶切消化的DNA在约9.0Kb处有一条杂交带,用BamHI酶切消化的DNA在约2.5Kb处有杂交信号,在唐菖蒲基因组中,用HindⅢ酶切消化的DNA在约2.7Kb处有杂交信号出现。杂交结果说明vrn2在拟南芥基因组中是单拷贝基因,在唐菖蒲基因组中也含有此基因或者是具有与vrn2同源的序列。

小麦春化基因Vrn1组成的PCR检测

春化性对小麦育种十分重要,春化基因Vrn1是决定小麦春化作用的主要基因,根据Vrn1基因的组成与分布,本文采用序列特异性PCR扩增技术,对14份小麦品种(系)的春化基因Vrn1的显隐性组成进行了检测和分析.结果表明,骊英3号的Vrn1在A基因组为显性.早熟突变系(TC)、中国春、济源小佛手、川麦44、川麦50和绵麦37中,Vrn1在B和D基因组均为显性.梁麦3和三雌蕊突变体的Vrn1基因在B基因组中为显性.川麦42、川麦43、川麦55、豫麦20和川麦28中,Vrn1在D基因组为显性.本文研究结果,为进一步深入探讨小麦春化作用分子调控机制积累基础资料.

春化基因Vrn-1对二系杂交小麦亲本抽穗期的作用研究

为研究春化基因 Vrn-1对二系杂交小麦亲本抽穗期的作用,利用春化基因 Vrn-1的7个KASP功能标记,对130份二系杂交小麦亲本(34份不育系,96份恢复系)进行检测,分析 Vrn-1等位基因的组成和分布;并以播种至抽穗的日历日和生长度日为指标,研究春化基因 Vrn-1与二系杂交小麦亲本抽穗期的关系。结果表明,供试材料以冬性为主,包含39种春化基因型。其中,1号、3号、4号、5号、7号、9号、10号、13号、18号基因型在不育系和恢复系中都存在,分别占不育系和恢复系的76.48%和46.87%。本研究不育系和恢复系在年度间和基因型间播种至抽穗的生长度日比日历日更稳定。2018-2019和2019-2020两个年度制种亲本组合“3号×4号”的生长度日差值在河南邓州分别为-118.9和-122.0℃·d;亲本间差异达到极显著水平。具有3号和4号基因型的不育系和恢复系可作为抽穗期稳定的制种亲本组合材料。

Diversity of Growth Habits and Their Association with VRN Allele of 81 American Wheat Lines

Eighty-one wheat accessions including 50 southern regional performance nursery （SRPN） lines and 31 northern regional performance nursery （NRPN） lines from the United States were tested to evaluate the growth habit by chilling treatments and to estimate the VRN allele variation with 19 pairs of published VRN primers. Two spring wheat accessions and 44 semi-spring wheat accessions were confirmed based on their chilling days＇ requirement and polymorphism was found at VRN loci. The Vrn-A1 allele had the highest frequency in the RPN accessions and VA1-CAPs markers identified growth habit of RPN lines. No polymorphism was found at the VRN3 loci and some polymorphism at the region of promoter and the first intron of VRN1 was not always consistent to growth habit in the wheat RPN accessions. The existence of variation in VRN alleles suggested that singly using the dominant Vrn allele is possible to extend the diversity of wheat accessions and improve their adaption to different environments in autumn-sowing region. This information will be useful for the cultivars exploitation and wheat breeding program.

Vrn1-Fr1区间对小麦近等基因系耐寒性的效应

研究了位于小麦５ＡＬ染色体上的Ｖｒｎ１－Ｆｒ１区间用于小麦耐寒力育种操作上的可行性。该区间上含有影响春化要求和耐寒力水平的基因。我们利用Ｖｒｎ１－Ｆｒ１区间上等位基因有差异的小麦近等基因系进行了植株半致死温度试验（ＬＴ５０），以明确该区间对耐寒与不耐寒小麦的效应。近等基因系来源于一个以春小麦Ｍａｒｆｅｄ为轮回亲本，以两个冬小麦Ｓｕｗｅｏｎ１８５和Ｃｈｕｇｏｋｕ８１为供体亲本的５次回交后代，前者耐寒而后者不耐寒。建立的群体为Ｓｕｗｅｏｎ１８５／６＊Ｍａｒｆｅｄ和Ｃｈｕｇｏｋｕ８１／６＊Ｍａｒｆｅｄ春性和冬性近等基因系（ＮＩＬｓ）。结果表明，冬性小麦近等基因系能够忍耐的ＬＴ５０温度较春性小麦近等基因系的ＬＴ５０值低４．３℃。Ｓｕｗｅｏｎ１８５／６＊Ｍａｒｆｅｄ冬性ＮＩＬｓ耐受的ＬＴ５０值较Ｃｈｕｇｏｋｕ８１／６＊Ｍａｒｆｅｄ冬性ＮＩＬｓ的ＬＴ５０值低０．５℃。研究表明这些基因型间的ＬＴ５０差异的７１％～９１％可以用Ｖｒｎ１－Ｆｒ１区间获得解释。用探针Ｘｗｇ６４４分析这些ＮＩＬｓ来确认其与Ｖｒｎ１－Ｆｒ１区间的连锁性，并证明其作为春化需求耐寒标记的作用。冬性和春性ＮＩＬｓ的ＤＮＡ用ＥｃｏＲＩ消化，以Ｘｗｇ６４４作?

Heterogeneous Expression and Purification of the Wheat VRN1 K-Box Domain Suggest the Formation of a Tetramer of the VRN1 Protein

In cereal species such as wheat (Ttiticum aestivum) and barley (Hordeum vulgare), many studies have indicated that VERNALIZATION 1 (VRN1) functions as a flowering promoter, which activates florigen gene expression. The wheat florigen gene Wheat FLOWERING LOCUS T (WFT, which is identical to VRN3) is an integrator of the vernalization, photoperiod and autonomous pathways in wheat flowering, and the WFT expression is correlated with the VRN1 expression. VRN1 encodes an APETALA1/FRUITFULL-like MADS-box transcription factor which expression is induced by vernalization, leading to flowering thorough up-regulation of WFT. In Arabidopsis, it has been reported that protein-protein interactions are keys for MADS-box protein function and MADS-box transcription factors must dimerize to bind to the target gene. In this study, by using gel permeation chromatography (GPC) with purified VRN1 protein, we indicated the possibility that VRN1 protein exists as tetramer-like as flowering homeotic MADS-box proteins in Arabidopsis.

普通小麦春化基因VRN3的表达分析及过表达载体构建

通过实时荧光定量PCR(q RT-PCR)分析了不同发育特性的普通小麦品种VRN3基因的表达,结果表明:VRN3基因在春性品种新春2号叶片中表达呈上升趋势,在雌雄蕊分化期达到最大值,在强冬性品种京841中表达量很低;VRN3在新春2号和京841茎尖中的表达量均极低。以京841的c DNA为模板扩增VRN3基因全长,连接到p CAMBIA3301载体上,构建VRN3基因过表达载体,通过农杆菌茎尖转化法获得了转基因植株,研究结果为春化基因VRN3对小麦春化发育调控的进一步研究提供依据。