全 文 ：植物生理学通讯 第 44卷 第 4期，2008年 8月 699
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
袁秀云 1,2, 李永春 1, 孟凡荣 3, 闫延涛 1, 尹钧 1,*
1河南农业大学, 国家小麦工程技术研究中心, 郑州 450002; 2郑州师范高等专科学校, 郑州 450044; 3河南农业大学生命科学
学院, 郑州 450002
提要: 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。
关键词: 普通小麦; 春化基因VRN1; 等位基因组成
Composition and Characteristic of the VRN1 Gene in Nine Wheat (Triticum
aestivum L.) Cultivars with Different Vernalization Traits
YUAN Xiu-Yun1,2, LI Yong-Chun1, MENG Fan-Rong3, YAN Yan-Tao1, YIN Jun1,*
1National Engineering Research Center for Wheat, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China; 2Zhengzhou Normal
College, Zhengzhou 450044, China; 3College of Life Science, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China
Abstract: The allelic composition and characteristic of the vernalization gene VRN1 in A, B and D genomes of
9 Chinese wheat (Triticum aestivum) cultivars with different vernalization traits were analyzed using the se-
quence-specific PCR amplification. The results showed that the VRN1 alleles were all dominant in the A, B and
D genomes of ‘Liaochun 15’; the VRN1 genes were dominant in A genome of ‘Xinchun 2’, in B genome of
‘Zhengmai 9023’and ‘Xindong 18’, and in D genome of ‘Yumai 18’, respectively; the VRN1 alleles were all
recessive in A, B and D genomes of ‘Zhoumai 18’, ‘Yumai 49-198’, ‘Jing 841’ and ‘Feimai’.
Key words: common wheat; vernalization gene VRN1; allelic composition
收稿 2008-04-25 修定 2008-06-30
资助 国家自然科学基金(30671261)和国家 “十一五 ”科技支
撑计划重大项目(20 06BAD02A07-4 )。
* 通讯作者(E -m a i l : x mz xy j@ 1 2 6 . co m; T el : 0 3 7 1 -
6 3 5 5 8 2 0 3 )。
春化作用特性是小麦品种的重要性状, 直接影
响着小麦品种的种植范围和利用效率。小麦的春
化作用主要受春化基因VRN1调控, 此基因编码蛋
白为MADS转录因子(Trevakis等2003; Yan等2003;
汤青林等 2007), 可以促进小麦开花。在六倍体普
通小麦中有 3个等位基因, 分别位于 5A、5B和 5D
染色体的长臂上, 分别命名为VRN-A1、VRN-B1和
VRN-D1 (Law等 1976; Nelson等 1995; Barrett等
2002; Iwaki等 2002; McIntosh等 2003)。普通小
麦的 VRN-A1、VRN-B1和 VRN-D1三个等位基因
中任何一个为显性时, 小麦的发育特性都为春性, 即
不需要春化作用(或仅需短暂的春化作用)就能开花;
当3个等位基因全部为隐性时, 小麦的发育特性为
冬性, 必须经过低温春化过程才能开花(Pugsley
1971)。
已有研究表明, 冬性小麦与春性小麦间春化基
因 VRN-A1的编码区没有差异, 而在该基因的启动
子区或其第一内含子中存在较大差异, 这些差异是
导致小麦春化特性不同的内因之一(Yan等 2004b;
Fu等 2005)。在春性小麦中, VRN-A1基因的启动
子区有 2种等位类型, 包括 Vrn-A1a (存在插入变
异)和 Vrn-A1b (存在约 20 bp的缺失); 但在冬春性
小麦的春化基因Vrn-B1和Vrn-D1启动子区域之间
不存在差异。在春性品种中, 显性 Vrn1基因的第
一内含子往往有大片段的缺失, 这也是决定品种春
化特性的重要调控区域, 其等位类型分别为 Vrn-
A1c、Vrn-B1和 Vrn-D1 (Fu等 2005)。本文采用
序列特异性PCR扩增技术, 分析了我国具有不同春
化类型的 9个小麦品种中春化基因VRN1的显、隐
性组成和特性, 以期为进一步深入探讨春化作用分
子调控机制积累基础资料。
植物生理学通讯 第 44卷 第 4期，2008年 8月700
材料与方法
小麦(Triticum aestivum L.) 9个春化特性不同
品种: ‘辽春 15号’(强春性)、‘新春 2号’(春性)、
‘豫麦 18’(弱春性)、‘郑麦 9023’(弱春性)、‘周麦
18’(半冬性)、‘豫麦 49-198’(半冬性)、‘京 841’(冬
性)、‘新冬 18’(冬性)、‘肥麦’(强冬性)。
小麦叶片中的基因组DNA的提取采用CTAB
法(王国英 1997)。序列特异性 PCR扩增所用引物
(表1)参考Yan等(2004a)和Fu等(2005)文中方法合
成。PCR反应体系为 20 µL, 总体积中含 2 µL 10×
缓冲液、1.5 µL (25 mmol·L-1) MgCl2、0.2 µL (5
U) rTaq DNA聚合酶、1.6 µL dNTP, 每条引物 1
µL, 40~60 ng模板DNA。PCR反应程序为 94 ℃
变性6 min; 94 ℃变性30~45 s, 55~61 ℃退火30 s~1
min; 72 ℃延伸 45 s~1 min 20 s, 35个循环; 72 ℃终
延伸5 min。所用PCR试剂DNA聚合酶购自Takara
公司。PCR产物回收后连接到pBS-T载体(TianGen
公司产品)中, 连接物经大肠杆菌转化后, 先进行酶
切鉴定, 最终对带有预期插入片段的阳性重组质粒
进行测序分析; DNA序列的分析采用DNAMAN和
Primer Premier进行。
表 1 用于分析普通小麦中 VRN-1基因等位类型的 PCR引物(Yan等 2004a; Fu等 2005)
Table 1 PCR primers for determining the allelic types of VRN-1 gene in common wheat
靶标序列 名称 引物(5→ 3) 等位类型 扩增产物 /bp 退火温度 /℃
VRN-A1启动子插入或缺失 VRN1AF GAAAGGAAAAATTCTGCTCG Vrn-A1a 约 650和 750 55.0
VRN1R TGCACCTTCCC(C/G)CGCCCCAT Vrn-A1b 约 480
Vrn-A1 约 500
VRN-A1第一内含子缺失 Intr1/A/F2 AGCCTCCACGGTTTGAAAGTAA Vrn-A1c 1 170 58.9
Intr1/A/R3 AAGTAAGACAACACGAATGTGAGA
VRN-A1第一内含子无缺失 Intr1/C/F GCACTCCTAACCCACTAACC vrn-A1 1 068 56.0
Intr1/AB/R TCATCCATCATCAAGGCAAA
VRN-B1第一内含子缺失 Intr1/BF CAAGTGGAACGGTTAGGACA Vrn-B1 709 58.0
Intr1/B/R3 CTCATGCCAAAAATTGAAGATGA
VRN-B1第一内含子无缺失 Intr1/B/F CAAGTGGAACGGTTAGGACA vrn-B1 1 149 56.4
Intr1/B/R4 CAAATGAAAAGGAATGAGAGCA
VRN-D1第一内含子缺失 Intr1/D/F GTTGTCTGCCTCATCAAATCC Vrn-D1 1 671 61.0
Intr1/D/R4 GGTCACTGGTGGTCTGTGC
VRN-D1第一内含子无缺失 Intr1/D/F GTTGTCTGCCTCATCAAATCC vrn-D1 997 61.0
Intr1/D/R4 AAATGAAAAGGAACGAGAGCG
实验结果
1 VRN-A1基因启动子和第一内含子片段的分析
采用引物VRN1AF和VRN1R对9个代表性品
种小麦的基因组DNA进行的特异性扩增分析显示
(图 1): ‘辽春 15’和 ‘新春 2号’两个品种能够特异
扩增到约为650和750 bp的两个片段, 推断这两个
品种中 VRN-A1基因的启动子区有插入变异, 基因
型为Vrn-A1a; 其余7个检测品种中, 均能特异扩增
到约为 500 bp的片段, 推断这些品种中VRN-A1基
因的基因型为 vrn-A1。
采用引物 Intr1/A/F2和 Intr1/A/R3对 9个代表
性品种小麦进行的分析显示: 9个品种小麦都没有
扩增到约 1 170 bp的片段。为了进一步验证 VRN-
A1的第一内含子没有大片段的缺失, 采用 Intr1/C/
F和Intr1/AB/R这对引物对不同品种小麦进行分析,
预期能够产生 1 068 bp的片段。9个代表性品种
小麦进行的分析显示: 所有材料均能特异扩增到预
图 1 VRN-A1启动子区域的等位差异
Fig.1 The allelic difference in promoter region of VRN-A1
1: ‘辽春 15’; 2: ‘新春 2号 ’; 3: ‘豫麦 18’; 4: ‘郑麦 9023’; 5:
‘周麦 18’; 6: ‘豫麦 49-198’; 7: ‘京 841’; 8: ‘新冬 18’; 9: ‘肥麦 ’; M:
DNA marker。
植物生理学通讯 第 44卷 第 4期，2008年 8月 701
期片段(图 2-a) , 这进一步验证这 9 个品种小麦
VRN1的第一内含子区域没有缺失, 推断这些材料
中没有显性 Vrn-A1c这一类型(图 2-b)。
性 vrn-B1 (表 2)。反过来也说明, 如果 VRN-B1的
第一内含子区域不存在大片段的缺失, 引物Intr1/B/
F和 Intr1/B/R4的特性扩增产物为 1 149 bp。用这
对特异引物对 9个品种进行的 PCR扩增显示, ‘新
春 2号’、‘豫麦 18’、‘周麦 18’、‘豫麦 49-198’、
‘京 841’、‘肥麦’ 6个品种都扩增到大约为 1149 bp
的片段(图 3-b), 而 ‘辽春 15’、‘郑麦 9023’和 ‘新
冬 18’没有此条带。有趣的是, ‘新冬 18’为典型的
冬性品种, 而分析结果则显示此品种的春化基因
VRN1在 B基因组中为显性(Vrn-B1)。
图 2 VRN-A1第一内含子区域的等位差异
Fig.2 The allelic difference in the first intron region of VRN-A1
a: 有大片段的缺失; b: 无大片段的缺失。1: ‘ 辽春 15’; 2 :
‘新春 2号’; 3: ‘豫麦 18’; 4: ‘郑麦 9023’; 5: ‘周麦 18’; 6: ‘豫麦 49-
198’; 7: ‘京 841’; 8: ‘新冬 18’; 9: ‘肥麦 ’; M: DNA marker。
2 VRN-B1基因第一内含子片段的缺失分析
Yan等(2004a)认为, 在B和D基因组中, 冬性
和春性小麦的VRN1基因启动子区序列无差异, 其
差异在第一内含子(Fu等 2005)。对春性品种来说,
VRN1基因的第一内含子区域往往有大片段的缺失,
其等位类型分别为 Vrn-B1和 Vrn-D1。引物 Intr1/
BF和 Intr1/B/R3即为针对B基因组VRN1第一内含
子等位差异设计的特异性引物, 当其有大片段的缺
失时, 可以扩增到 709 bp的片段, 其基因型为 Vrn-
B1 (Fu等 2005)。扩增分析 9个品种小麦的基因组
DNA特异性的结果显示, ‘辽春 15’、‘郑麦 9023’
和 ‘新冬 18’有 709 bp的扩增产物(图 3-a), 推断这
3个品种的 VRN-B1基因为显性 Vrn-B1, 其余为隐
图 3 VRN-B1第一内含子区域的等位差异
Fig.3 The allelic difference in the first intron region of VRN-B1
a: 有大片段的缺失; b: 无大片段的缺失。1: ‘辽春 15’; 2 :
‘新春 2号 ’; 3: ‘豫麦 18’; 4: ‘郑麦 9023’; 5: ‘周麦 18’; 6: ‘豫麦 49-
198’; 7: ‘京 841’; 8: ‘新冬 18’; 9: ‘肥麦’; M: DNA marker。
表 2 普通小麦 VRN1的等位基因组成
Table 2 The allelic composition of vernalization
gene VRN1 in common wheat
品种 基因组成 春化发育特性
‘辽春 15’ Vrn-A1Vrn-B1Vrn-D1 强春性
‘新春 2号’ Vrn-A1vrn-B1vrn-D1 春性
‘豫麦 18’ vrn-A1vrn-B1Vrn-D1 弱春性
‘郑麦 9023’ vrn-A1Vrn-B1vrn-D1 弱春性
‘周麦 18’ vrn-A1vrn-B1vrn-D1 半冬性
‘豫麦 49-198’ vrn-A1vrn-B1vrn-D1 半冬性
‘京 841’ vrn-A1vrn-B1vrn-D1 冬性
‘新冬 18’ vrn-A1Vrn-B1vrn-D1 冬性
‘肥麦’ vrn-A1vrn-B1vrn-D1 强冬性
为了进一步分析该品种中对应序列的特性, 将
来源于 ‘辽春 15’、‘郑麦 9023’和 ‘新冬 18’的扩
增产物进行回收, 并连接到pBS-T载体中进行测序
的结果显示, ‘新冬 18’基因组中, 第一内含子区域
确实存在缺失, 与 ‘辽春 15’和 ‘郑麦 9023’相比, 该
区域 3个序列的同源性达 99.9%, 3个序列之间只
有 2个位点有差异(图 4)。
3 VRN-D1基因第一内含子片段的缺失分析
在以引物 Intr1/D/F和 Intr1/D/R3为针对D基
因组 VRN1基因第一内含子等位差异设计中, 当特
异扩增产物是 1 670 bp时, 说明 VRN-D1的第一内
含子区域有大片段的缺失, 基因型是 Vrn-D1。当
VRN-D1的第一内含子区域没有大片段的缺失时,
Intr1/D/F和 Intr1/D/R4作为隐性的特异引物标记,
可以特性产生 997 bp的产物(Fu等 2005)。用 Intr1/
D/F和 Intr1/D/R3对 9个代表性品种小麦进行分析
的结果显示: ‘辽春 15’和 ‘豫麦 18’有 1 670 bp的
片段(图 5-a), 其余没有此片段; 引物 Intr1/D/F和
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Intr1/D/R4的特异扩增结果显示: ‘新春 2号’、‘郑
麦 9023’、‘周麦 18’、‘豫麦 49-198’、‘京 841’、
‘新冬 18’和 ‘肥麦’均有近 1 000 bp的片段(图 5-b),
而 ‘辽春 15’和 ‘豫麦 18’则没有此条带, 由此推断
‘辽春 15’和 ‘豫麦 18’基因型为显性 Vrn-D1, 其余
的为隐性 vrn-D1。
此外, 为了进一步分析这一品种中对应序列的
特性, 将来源于 ‘辽春 15’和 ‘豫麦 18’扩增产物进
行了回收, 并连接到pBS-T载体中进行了测序的结
果显示, 这两条序列的同源性达 99.52%, 有 8个位
点的差异(图 6)。
讨　　论
一般来说, 中国小麦分布在 10个不同的生态
区域, 不同麦区种植的小麦品种都有各自特定的春
化发育特性, 其春化基因VRN1的显隐性组成是决
定特定发育特性的主要内因。从本文结果来看(表
2), 品种 ‘辽春 15’是强春性的, 其春麦特性表现最
为突出, 其 VRN-1基因的 3个位点均为显性, 很适
图 4 三个小麦品种中 VRN-B1第一内含子部分序列比对
Fig.4 The alignment of partial sequences in the first intron of VRN-B1 in three wheat cultivars
图 5 VRN-D1第一内含子区域的等位差异
Fig.5 The allelic difference in the first
intron region of VRN-D1
a: 有大片段的缺失; b: 无大片段的缺失。1: ‘辽春 15’; 2 :
‘新春 2号’; 3: ‘豫麦 18’; 4: ‘郑麦 9023’; 5: ‘周麦 18’; 6: ‘豫麦 49-
198’; 7: ‘京 841’; 8: ‘新冬 18’; 9: ‘肥麦’; M: DNA marker。
植物生理学通讯 第 44卷 第 4期，2008年 8月 703
图 6 两个小麦品种中 VRN-D1第一内含子部分序列比对
Fig.6 The alignment of partial sequences in the first intron of VRN-D1 in two wheat cultivars
用于东北春麦区; 春性小麦 ‘新春 2号’的春性次于
‘辽春 15’, 其春性由 Vrn-A1决定, 在 B基因组和D
基因组上为隐性; ‘豫麦 18’和 ‘郑麦 9023’为黄淮
麦区的主栽品种, 为弱春性, 分别由显性基因 Vrn-
D1和 Vrn-B1决定。‘豫麦 49-198’、‘京 841’和
‘肥麦’的 VRN-1在A、B、D基因组全部为隐性,
从这3个品种的基因组成来说, 属于冬性品系小麦,
但‘豫麦49-198’的发育特性是半冬性, 说明其发育
植物生理学通讯 第 44卷 第 4期，2008年 8月704
特性的遗传控制可能还有促使其早花的相关基因参
与; ‘新冬 18’为冬性小麦, 分布于新疆地区, 但是
用序列特异性扩增分析表明, 此品种的VRN-1在B
基因组中的基因型为显性位点(Vrn-B1)。
植物春化发育过程涉及到多个与春化相关基
因的表达调控和相互作用(李昱等 2007)。Dubcovsky
等(2006)和Yan等(2004a)认为, 小麦 VRN1的第一
内含子区域或启动子区是控制春化特性的调控区
域, 是开花抑制子的识别位点。VRN2是一个开花
抑制因子, 编码一个含锌指结构域的蛋白, 定位于
5A染色体的上游, 其主要的功能是抑制VRN1的表
达(Yan等 2004b)。在 VRN1及其他春化基因的作
用模式研究中, 初步推断开花抑制子(例如VRN2)可
以直接或间接地作用于这些区域抑制开花 (Yan等
2004b)。春性小麦由于这些区域发生了突变, 其识
别位点受到破坏, 故抑制因子的抑制作用不能发挥;
而冬性小麦在不进行春化时, 由于具备识别位点, 因
而开花推迟。VRN1能以春化处理方法诱导表达,
而 VRN2则可受春化处理和被短日照所抑制, 低温
春化后, VRN2的抑制作用被解除, 而VRN1则可受
诱导表达而促进开花(Yan等2004b)。由于显性Vrn-
A1、Vrn-B1和 Vrn-D1对低温春化的敏感性不同,
常表现为 Vrn-A1>Vrn-B1>Vrn-D1的趋势, 携带不
同显性VRN1基因的小麦对低温春化的要求是不同
的(Loukoianov等 2005)。本文结果表明, 在 9个品
种小麦中, 除了 ‘新冬 18’以外, 其余品种的 VRN1
基因显隐性组成特性与其对应的春化发育特性基本
上是符合的。而在冬性小麦品种 ‘新冬 18’中, 在
B基因组中 VRN-1的第一内含子区域有大片段缺
失, 基因型为春性的显性位点(Vrn-B1), 这与其实
际春化发育特性不一致。可见, 在小麦春化发育的
分子调控网络中还存在其他的尚不知道的成员和复
杂的调控机制, 所以小麦春化基因的组成及调控机
制尚待进一步研究。
参考文献
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