全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2014, 40(3): 439−446 http://zwxb.chinacrops.org/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn
本研究由国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2014CB138100), 国家自然科学基金项目(30971770)和西北农林科技大学唐仲英
育种基金资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 张晓科, E-mail: zhangxiaoke66@126.com
第一作者联系方式: E-mail: wxwxkings@126.com
Received(收稿日期): 2013-05-22; Accepted(接受日期): 2013-10-22; Published online(网络出版日期): 2014-01-16.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20140116.1609.006.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2014.00439
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
王 轩 鞠丽萍 刘芳军 张钰玉 张 帆 付晓洁 冯 毅 张晓科*
西北农林科技大学农学院, 陕西杨凌 712100
摘 要: 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。
关键词: 普通小麦; 春化效应; Vrn-B1a; Vrn-B1b
Vernalization Effects of Dominant Alleles Vrn-B1a and Vrn-B1b and Their Dis-
tributions in Cultivars from Yellow and Huai River Valleys Facultative Winter
Wheat Zone
WANG Xuan, JU Li-Ping, LIU Fang-Jun, ZHANG Yu-Yu, ZHANG Fan, FU Xiao-Jie, FENG Yi, and
ZHANG Xiao-Ke*
College of Agronomy, Northwest A&F University, Yangling 712100, China
Abstract: Vrn-B1 is a key gene controlling vernalization of wheat in the Yellow and Huai River Valleys Facultative Winter Wheat
Zone of China. This study aimed to understand the allelic distribution at Vrn-B1 locus and their effects on heading date of wheat
cultivars. To compare the vernalization responses of dominant alleles Vrn-B1a with Vrn-B1b on heading date, we planted F2 plants
derived from the cross between Yumai 34 (Vrn-B1b genotype) and Wanmai 33 (Vrn-B1a genotype) in greenhouse (22±3°C and 16
h day/8 h night) with 4°C treatment for different periods (5–35 d). Besides, the Vrn-B1 allelic variation and distribution of 228
historic and current wheat cultivars were evaluated using molecular markers. The results showed that heading date of Vrn-B1a
genotype was about two days later than that of Vrn-B1b genotype. Vernalization treatment at 4°C for 5–25 d obviously shortened
the period from sowing to heading in genotype Vrn-B1a or Vrn-B1b; however, continuous vernalization had no effect to further
accelerate heading. Therefore, 20–25 d is enough for vernalization in both genotypes. In the 228 cultivars, 214 carried the reces-
sive vrn-B1 allele with the frequency of 93.9%, and the remaining 14 cultivars had dominant alleles on Vrn-B1 locus, including 6
(2.6%) of Vrn-B1a genotype and 8 (3.5%) of Vrn-B1b genotype. The two dominant alleles on Vrn-B1 locus had different effects to
accelerate heading in winter wheat, and can be used in wheat breeding programs to improve adaptability and cold tolerance in
wheat.
440 作 物 学 报 第 40卷
Keywords: Triticum aestivum L.; Vernalization effect; Vrn-B1a; Vrn-B1b
黄淮冬麦区是我国最大的小麦主产区。Vrn-B1
基因是控制该麦区小麦品种冬春性的主要春化基因
之一 [1], 与小麦品种的生长发育、早熟性等密切相
关。研究春化基因 Vrn-B1不同等位变异的效应及其
分布, 对广适高产稳产小麦品种选育和栽培具有重
要意义。目前 , 已明确的小麦春化基因有 Vrn1、
Vrn2、Vrn3和 Vrn4。其中, Vrn1是小麦最主要的, 编
码蛋白为MADS转录因子[2-3], 控制小麦从营养生长
向生殖生长转化。该基因在普通小麦中有 3 个等位
基因, 分别位于 5AL、5BL 和 5DL 染色体, 被命名
为 Vrn-A1、Vrn-B1 和 Vrn-D1[4-9]。不同位点存在不
同等位变异, 对低温春化处理要求不同, 决定小麦
的冬春性也不同。当这 3 个等位基因中任何一个为
显性时, 小麦的生长习性表现为春性或半春性[10]。
在 Vrn-A1位点, 与野生型隐性等位变异 vrn-A1
相比, 启动子或第一内含子序列发生突变, 小麦就
表现为春性 [10-12]; 已明确的显性等位变异有
Vrn-A1a 和 Vrn-A1b 等类型, 显性等位变异 Vrn-A1a
的抽穗期一般早于 Vrn-A1b[1]。在 Vrn-B1位点, 与野
生型隐性等位变异 vrn-B1 相比 , 第一内含子内的
序列发生突变, 小麦就表现为春性[13]。在普通小麦
中 , 已发现 Vrn-B1 位点存在 3种显性等位变异类型:
(1)在第一内含子中发生 6850 bp 片段缺失的等位变
异, 该等位变异类型被定名为 Vrn-B1a[13]; (2)与等位
变异 Vrn-B1a 相比, 在第一内含子的 8496~8532 bp
处缺失 36 bp 片段 , 该等位变异类型被定名为
Vrn-B1b[14]; (3)与等位变异 Vrn-B1a 相比, 在第一内
含子起始区下游 107 bp处缺失 820 bp片段, 并在此
处插入 431 bp片段(位于序列 1330~1761 bp处), 该
等位变异类型被定名为 Vrn-B1c[15]。Shcherban等[16]
研究发现 , 等位变异 Vrn-B1c 的抽穗期早于
Vrn-B1a。Fu等[13]根据 Vrn-B1 位点不同等位变异序
列差异, 开发了用于检测显性和隐性等位变异的功
能分子标记。最近, Milec等[17]又开发了特异性引物,
用于检测显性等位变异 Vrn-B1c。在 Vrn-D1位点, 与
野生型隐性等位变异 vrn-D1 相比, 第一内含子与启
动子序列发生突变, 小麦就表现为春性或半冬性。
在普通小麦中, Vrn-D1 位点显性等位变异包含 2 种
类型: (1)第一内含子中缺失 4235 bp的片段, 该等位
变异类型被定名为 Vrn-D1a [13]; (2)在等位变异
Vrn-D1a 基础上启动子区域 CArG-box 处再发生
C→A的单碱基突变, 该等位变异类型被定名为 Vrn-
D1b[18]。等位变异 Vrn-D1a抽穗期早于 Vrn-D1b[18]。
就 Vrn1位点而言, 显性等位变异遗传效应为 Vrn-A1＞
Vrn-B1＞Vrn-D1, 且 Vrn-A1 对 Vrn-B1 和 Vrn-D1 具
有上位效应[1,19]。
Vrn3通过促进 Vrn1的转录[20], 使小麦抽穗期提
前。在普通小麦中有 3个等位基因, 被命名为 Vrn-A3、
Vrn-B3 和 Vrn-D3, 分别位于 7A、7BS 和 7D 染色
体 [21-22]。在普通小麦中, 已发现 Vrn-B3位点存在两
种等位变异。与野生型隐性等位变异 vrn-B3相比, 起
始密码子上游 591 bp处发生突变, 插入 5295 bp的反
转座子片段, 该显性等位变异被定名为 Vrn-B3[22]。
Yan等[22]根据 Vrn-B3位点不同等位变异间序列差异,
开发了用于检测显性等位变异 Vrn-B3和隐性等位变
异 vrn-B3的功能分子标记。
Iwaki等[23]通过对来自中国、日本、朝鲜等东亚
地区326个小麦品种春化基因组成的分析 , 发现
Vrn-A1、Vrn-B1和 Vrn-D1位点的显性等位变异在中
国春小麦品种中的分布频率不同, 且在中国冬小麦
中 Vrn-A1位点的显性等位变异出现的概率极少, 进
而认为品种的生长习性与推广地区冬季寒冷的程度
有关: 1月平均温度在–7℃以下或4℃以上地区, 主
要种植春性品种, 小麦一般春季播种; 相反, 1月平
均温度在–7 ~ 4℃之间的地区, 主要种植冬性品种,
秋季播种。杨芳萍等[24]通过对来自世界23个小麦主
产国的品种研究也得到相似结论, 3个位点的显性等
位变异主要分布于中国春麦区和南方冬麦区、加拿
大、日本、意大利、印度、智利、阿根廷和澳大利
亚等国的小麦 ; 而在北美和欧洲小麦的频率极低 ,
其生长习性大多为强冬性或冬性。Zhang等[1]进一步
研究认为, Vrn-B1基因是决定黄淮冬麦区小麦品种
冬春习性的主要春化基因之一。
至今已报道的国内小麦品种在春化基因 Vrn-B1
位点仅有 1 种显性等位变异, 但本课题组最近研究
发现, 皖麦 33和豫麦 34等国内品种在 Vrn-B1基因
第一内含子存在序列差异。在此基础上, 本研究利
用两品种杂交组合的群体后代分析不同等位变异低
温春化处理对抽穗期的影响, 进一步明确黄淮冬麦
区小麦品种内 Vrn-B1 位点等位变异分布特点, 为该
第 3期 王 轩等: 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 441
地区引种和培育广适稳产高产品种提供依据。
1 材料与方法
1.1 供试品种
选取小麦品种皖麦 33和豫麦 34, 分析其 Vrn-B1
位点的等位变异序列; 以豫麦 34×皖麦 33杂交 F2代
群体, 分析该位点等位变异对不同时间低温春化处
理的反应。我们的前期研究表明[1], 皖麦 33 和豫麦
34 在春化基因 Vrn-A1、Vrn-D1 和 Vrn-B3 位点均由
隐性等位变异组成, 在光周期基因 Ppd-D1位点均由
显性等位变异 Ppd-D1a组成; 在光周期基因 Ppd-A1
和 Ppd-B1 位点, 采用 Nishida 等[25]开发的分子标记
进行检测, 均由隐性等位变异 Ppd-A1b 和 Ppd-B1b
组成; 并且, 皖麦 33 与豫麦 34 在 Vrn-B1 第 1 内含
子存在序列差异, 光周期基因和其他已知春化基因
的组成均相同。
选取228个黄淮冬麦区历史上和当前主栽品种,
分析其 Vrn-B1位点不同等位变异的分布特点。这些
品种包括山东品种64个, 陕西品种56个, 河南品种
49个 , 河北品种22个 , 山西品种19个 , 江苏品种12
个, 安徽品种6个。
1.2 Vrn-B1位点等位变异序列分析
利用 CTAB 法[26], 提取小麦品种幼苗叶片的基
因组 DNA, 每个品种至少提取 2 份 DNA 作为生物
学重复, 以保证结果的可靠性。
采用 Fu等[13]开发的 2对特异性标记, 对 Vrn-B1
位点等位变异进行检测。引物对 Intr/B/F (5′-CAAGT
GGAACGGTTAGGACA-3′)和 Intr1/B/R4 (5′-CAAAT
GAAAAGGAATGAGAGCA-3′)用于该位点隐性等
位变异 vrn-B1的检测, 引物对 Intr/B/F和 Intr1/B/R3
(5′-CTCATGCCAAAAATTGAAGATGA-3′)用于不同
显性等位变异的检测。PCR体系 20 μL, 含 2 μL 10 ×
buffer、0.2 μL Taq DNA聚合酶(1 U)、4种 dNTP各
150 μmol L−1、每条引物 10 pmol、模板 DNA 100 ng。
PCR程序为 94℃预变性 10 min; 94℃变性 45 s,
58~63℃退火 30 s, 72℃延伸 45~60 s, 38个循环; 72℃
终延伸 l0 min。PCR产物经 2%琼脂糖凝胶 120 V电
泳 1 h, 及 EB 染色后照相观察。用引物对 Intr/B/F
和 Intr1/B/R3 在皖麦 33 和豫麦 34 中扩增出现特异
条带, 利用百泰克DNA凝胶回收试剂盒回收目的片
段, 连接至 PMD-18T载体后送由南京金斯瑞生物科
技有限公司测定序列, 通过 DNAMAN 软件将获得
的 PCR产物序列与来源于 NCBI数据库的 vrn-B1序
列 (AY747604.1) 、 Vrn-B1a 序 列 (AY747603) 和
Vrn-B1b序列(FJ766015.1)比对分析, 确定皖麦 33和
豫麦 34的 Vrn-B1位点序列差异和等位变异类型。
1.3 Vrn-B1 位点不同显性等位变异低温春化处
理效应鉴定
为明确低温春化处理对含显性等位变异
Vrn-B1a或 Vrn-B1b的小麦抽穗期影响, 以及满足春
化需求的低温处理时间, 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。在豫麦 34×皖麦 33的 F2群体中, 随机
选 3 个单株, 每株随机取 80 粒种子, 先用无菌水浸
泡, 再于 4℃下萌动 1 d, 20℃发芽 1 d, 然后在 4℃培
养箱中进行 0、5、10、15、20、25、30和 35 d共 8
个低温春化处理, 每处理 30 粒种子, 每个单株 10
粒。将处理后的种子移栽至盛有营养土的塑料箱
(0.60 m × 0.45 m × 0.10 m)内, 种植密度为 0.06 m ×
0.05 m, 16℃缓苗 1 d后, 于温室中生长。为避免生
长过程中低温导致自然春化和其他因素影响, 控制
温度为 22±3 , ℃ 光周期为 16 h (昼)/8 h (夜), 直至
抽穗。
用引物 Intr/B/F和 Intr1/B/R3检测每个单株的等
位变异类型, 同时记录群体后代从萌动到抽穗的天
数 [13]。由于春化处理过程中低温使小麦生长缓慢 ,
会导致移栽时小麦幼苗生长时期不同, 因此利用未
经春化处理(0 d)小麦从移栽到三叶期平均天数为标
准进行校正[27]。利用 SPSS17.0对获得的数据进行分
析, 确定低温春化处理、等位变异类型以及二者互
作对群体后代抽穗期的效应。
1.4 黄淮冬麦区小麦品种 Vrn-B1位点分子检测
利用 Fu等[13]开发的标记, 按前述方法检测 228
个品种的 Vrn-B1 等位变异, 分析其在不同省份的分
布频率。
2 结果与分析
2.1 豫麦 34和皖麦 33在 Vrn-B1位点的序列差异
在以分子标记检测小麦 Vrn-B1位点春化基因组
成时, 用隐性等位变异引物 Intr/B/F和 Intr1/B/R4在
豫麦 34和皖麦 33品种中没有扩增出 1149 bp特异条
带, 说明在该位点由 Vrn-B1 显性等位变异组成; 再
用显性等位变异引物 Intr/B/F和 Intr1/B/R3进行扩增,
皖麦 33 和豫麦 34 均显示有扩增产物, 但产物大小
不同, 说明两品种在 Vrn-B1 位点的显性等位变异类
型存在序列差异(图 1)。
442 作 物 学 报 第 40卷
图 1 豫麦 34和皖麦 33在 Vrn-B1位点两对特异性引物检测结果
Fig. 1 Identification of Vrn-B1 gene by specific primers in
Yumai 34 and Wanmai 33
M: DL2000; 1和 3泳道: 皖麦 33; 2和 4泳道: 豫麦 34; 1和 2泳
道: 扩增引物为 Intr/B/F和 Intr1/B/R3, 3和 4泳道: 扩增引物为
Intr/B/F和 Intr1/B/R4。
M: DL2000; Lanes 1 and 3: Wanmai 33; Lanes 2 and 4: Yumai 34;
Lanes 1 and 2: PCR amplification with Intr/B/F and Intr1/B/R3;
Lanes 3 and 4: PCR amplification with Intr/B/F and Intr1/B/R4.
回收皖麦33和豫麦34的扩增产物进行测序, 获
得的序列与 NCBI 数据库(http://www.ncbi.nlm.nih.
gov/)中的隐性等位变异 vrn-B1序列(AY747604.1)比
对, 皖麦33和豫麦34在第一内含子中1346~ 8190 bp
处均有6844 bp片段缺失; 随后, 将皖麦33的 PCR扩
增的序列与 NCBI 数据库中 Vrn-B1a 序列(AY747603)
比对, 序列相似度为100%, 表明皖麦33在 Vrn-B1位
点为等位变异 Vrn-B1a 类型; 将豫麦34扩增序列与
等位变异 Vrn-B1a 序列比对 , 豫麦34扩增序列在
8496~8532 bp 处缺失了36 bp 片段 , 与等位变异
Vrn-B1b (FJ766015.1)序列一致 [14], 表明豫麦34在
Vrn-B1位点为等位变异 Vrn-B1b类型(图2)。
图 2 Vrn-B1位点第 1内含子等位变异图示
Fig. 2 Schematic diagram of variation comparison within the first intron at Vrn-B1 locus
AY747604.1 (vrn-B1)序列来源于 NCBI数据库。皖麦 33 (Vrn-B1a)和豫麦 34 (Vrn-B1b)通过引物 Intr/B/F(P1)和 Intr1/B/R3 (P2)扩增后分
别得到 709 bp和 673 bp条带。虚线表示通过比对缺失的碱基, 包含第一内含子的大片缺失(A)以及豫麦 34和皖麦 33之间 36 bp小片
段缺失(B)。细线表示未经测序的部分。
Sequence of vrn-B1 (AY747604.1) is from the NCBI database. The 709 bp and 673 bp bands were amplified in wheat cultivars with alleles
Vrn-B1a (Wanmai 33) and Vrn-B1b (Yumai 34) using specific primer pair Intr1/B/F (P1) and Intr1/B/R3 (P2), respectively. The large deletion
within intron 1 (A) and 36 bp deletion in Vrn-B1b (B) are indicated by dashed lines. The parts without sequencing are indicated by thin lines.
2.2 Vrn-B1a和 Vrn-B1b的低温春化处理效应比较
以豫麦 34×皖麦 33的 F2代基因组 DNA为模板,
用 Intr/B/F 与 Intr1/B/R3 引物对进行 PCR 扩增, 获
得 3种条带类型(图 3)。其中仅扩增出 709 bp特异产
物的为 Vrn-B1a 类型, 仅扩增出 673 bp 特异产物的
为 Vrn-B1b类型, 同时扩增出两者的为杂合型。
图 3 豫麦 34×皖麦 33 F2代等位变异Vrn-B1a和Vrn-B1b的 PCR
检测结果
Fig. 3 PCR assay of Vrn-B1a and Vrn-B1b alleles in Yumai 34
× Wanmai 33 F2 population
M: DL2000; 1: Vrn-B1b/Vrn-B1b; 2, 6: Vrn-B1a/Vrn-B1a; 3, 4, 5, 7:
Vrn-B1a/Vrn-B1b.
方差分析表明, 3种等位变异组成、8种低温春
化处理时间互作对群体后代抽穗期的影响达到显著
水平。不同持续时间的低温春化处理, 均可使 F2植
株的抽穗期提前(图 4)。纯合等位变异 Vrn-B1a在不
同低温春化处理后均比纯合 Vrn-B1b 群体后代的平
均抽穗期晚约 2 d, 差异显著(P<0.05), 而杂合后代
的平均抽穗期介于两纯合等位变异类型之间。
在未经春化处理条件下, 纯合等位变异 Vrn-B1a
群体后代的平均抽穗期为 64d, 纯合等位变异
Vrn-B1b群体后代的平均抽穗期为 62 d, 杂合等位变
异 Vrn-B1a/Vrn-B1b群体后代的平均抽穗期为 62.8 d。
低温春化处理时间从 5 d至 25 d, F2代 3种等位变异
组成后代的平均抽穗期均随着春化处理时间延长呈
缩短趋势, 在春化处理 25 d 时抽穗期缩短的程度最
大, 即春化的作用最为明显。在低温春化处理 0~25 d
中, 纯合等位变异 Vrn-B1a群体后代不同春化处理时
间的抽穗期均存在显著差异(P<0.05)。春化处理 0 d
与其他处理相比, 纯合等位变异 Vrn-B1b群体后代抽
穗期的差异显著(P<0.05), 但在春化处理 5 d 与处理
10 d、15 d与 20 d之间差异不显著; 而杂合等位变异
Vrn-B1a/Vrn-B1b 群体后代不同春化处理时间的抽穗
期均存在显著差异(P<0.05)。当春化处理超过 25 d时,
群体后代的抽穗期均与 25 d 低温春化处理没有显著
第 3期 王 轩等: 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 443
差异(P>0.05)。上述分析表明, 等位变异 Vrn-B1a 和
Vrn-B1b 的群体后代随着低温春化处理时间延长抽穗
期明显缩短, 但进一步再延长低温春化处理时间抽
穗期不再显著变化, 说明两等位变异完成春化阶段
所需的低温处理时间在 20~25 d之间。
图 4 豫麦 34 × 皖麦 33 F2代不同等位变异类型对低温春化处理
的反应
Fig. 4 Response of alleles Vrn-B1a and Vrn-B1b to vernaliza-
tion treatments in F2 population of Yumai 34 × Wanmai 33
2.3 黄淮冬麦区 Vrn-B1位点等位变异组成与分布
利用引物 Intr/B/F和 Intr1/B/R4对 228个黄淮冬
麦区小麦品种进行 PCR 扩增, 其中 214 个品种扩增
出 1149 bp 的条带, 说明这些品种携带隐性等位变
异 vrn-B1, 占总品种数的 93.9%; 再利用引物
Intr/B/F 和 Intr1/B/R3 进行 PCR 扩增, 共 14 个扩增
出特异性条带的品种(表 1), 说明这些品种携带显性
等位变异 Vrn-B1, 占总品种数的 6.1%。其中 6个扩
增出 709 bp条带, 为等位变异 Vrn-B1a, 占总品种数
的 2.6%; 8个扩增出 673 bp条带, 为等位变异Vrn-B1b,
占总品种数的 3.5%。由此可见, 在黄淮冬麦区小麦
品种内, Vrn-B1 位点 3 种等位变异的总体分布不同
(表 1)。显性等位变异 Vrn-B1a出现在安徽、山西、
河北、陕西和河南的小麦品种中, Vrn-B1b主要集中
在河南品种中, 而在山东和江苏的品种中均为隐性
等位变异 vrn-B1, 说明 3 种等位变异在黄淮冬麦区
不同省份小麦品种中的分布也不同(表 1)。
表 1 Vrn-B1位点等位变异在黄淮冬麦区不同省份分布
Table 1 Distribution of Vrn-B1 alleles in wheat cultivars from different provinces of the Yellow and Huai River
Valleys Facultative Wheat Zone
vrn-B1 Vrn-B1a Vrn-B1b 省份
Province
品种总数
Total cultivars 品种数量
No. of cultivars
频率
Proportion (%)
品种数量
No. of cultivars
频率
Proportion (%)
品种数量
No. of cultivars
频率
Proportion (%)
江苏 Jiangsu 12 12 100.0 0 0 0 0
山东 Shandong 64 64 100.0 0 0 0 0
安徽 Anhui 6 5 83.3 1 16.7 0 0
山西 Shanxi 19 18 94.7 1 5.3 0 0
河北 Hebei 22 21 95.5 1 4.5 0 0
陕西 Shaanxi 56 53 94.6 2 3.6 1 1.8
河南 Henan 49 41 83.7 1 2.0 7 14.3
合计 Total 228 214 93.9 6 2.6 8 3.5
Vrn-B1 位点两种显性等位变异在黄淮冬麦区不
同时期的品种间分布比率也不同(表 2)。1950—1980
年经历了 4 次品种更换, 但小麦品种 Vrn-B1 位点均
为隐性等位变异 vrn-B1。1981—1988年是第 5次品
种更换阶段, 有 2个品种检测为 Vrn-B1b型, 豫麦 28
为最早审定的 Vrn-B1b 品种。1989—2000 年, 先后
经历过第 6 和第 7 次品种更换 , 有 4 个品种为
Vrn-B1a 型, 皖麦 33 是最早育成的该类型品种, 此
外, 还有 5 个品种为 Vrn-B1b 型。2001—2006 年是
第 8次品种更换阶段, 发现 2个品种为 Vrn-B1a型, 1
个品种为 Vrn-B1b型。
3 讨论
3.1 等位变异 Vrn-B1a和 Vrn-B1b低温春化效应
比较
Milec 等[17]研究发现, 在田间自然条件下等位
变异 Vrn-B1a与 Vrn-B1b抽穗期之间没有明显差异。
本研究在高温长日照可控温室条件鉴定表明, 两者
在不同低温春化处理时间条件下抽穗期之间均存在
显著差异。这可能是种植环境, 尤其是温度和光照
条件不同造成的。小麦抽穗早晚除受春化基因控制
外, 也会受到光周期(Ppd)基因和自身生长(Esp)基因
的影响[4]。本文在研究 Vrn-B1 位点等位变异低温春
444 作 物 学 报 第 40卷
表 2 含显性等位变异 Vrn-B1a和 Vrn-B1b品种
Table 2 Wheat cultivars with dominant alleles Vrn-B1a and Vrn-B1b from the YHRVWWZ
品种
Cultivar
选育省份
Province releasing cultivars
育成年份
Released year
显性变异
Dominant allele
皖麦 33 Wanmai 33 安徽 Anhui 1992 Vrn-B1a
西农 85 Xinong 85 陕西 Shaanxi 1993 Vrn-B1a
临麦 30号 Linmai 30 山西 Shanxi 1996 Vrn-B1a
冀 85-5088 Ji 85-5088 河北 Hebei 1998 Vrn-B1a
丰优 6号 Fengyou 6 河南(贵州) Henan (Guizhou) 2003 Vrn-B1a
西农 928 Xinong 928 陕西 Shaanxi 2005 Vrn-B1a
豫麦 28 Yumai 28 河南 Henan 1986 Vrn-B1b
豫麦 34 Yumai 34 河南 Henan 1988 Vrn-B1b
豫麦 50 Yumai 50 河南 Henan 1995 Vrn-B1b
濮优 9175 Puyou 9175 河南 Henan 1998 Vrn-B1b
郑麦 9023 Zhengmai 9023 河南 Henan 1998 Vrn-B1b
豫麦 63 Yumai 63 河南 Henan 2000 Vrn-B1b
陕 253 Shaan 253 陕西 Shaanxi 2000 Vrn-B1b
周麦 21 Zhoumai 21 河南 Henan 2004 Vrn-B1b
化效应时, 群体后代的两个亲本在已知光周期基因
和其他春化基因位点的组成相同, 同时在可控温室
进行抽穗期鉴定, 采用长日照(16 h昼/8 h夜)满足了
Ppd 基因对光照时间的需求, 排除了光照时间不足
对表现鉴定结果影响 , 利用较高温度(22±3 )℃ 又避
免了生长过程低温自然春化的发生, 长日照和较高
温度同时满足了不同 Esp 基因型品种对生长光温的
需求, 使表型鉴定的结果仅与供试材料的春化基因
Vrn-B1 位点有关。在大田对抽穗期或开花期鉴定,
温度较难控制, 夜间出现的较低温度可能会引起小
麦自然春化过程而使鉴定结果产生误差 ; 较短日
照、其他春化基因与光周期基因组成的遗传背景差
异也会影响抽穗期鉴定结果的准确性。本研究发现,
在不同低温春化处理后, 含等位变异 Vrn-B1a 后代
的抽穗期比含 Vrn-B1b 的晚约 2 d; Shcherban 等[15]
研究表明, 含等位变异 Vrn-B1a 后代的抽穗期比含
Vrn-B1c的晚约 14 d。结合 Shcherban等[16,28]与本研
究的结果, 推测 Vrn-B1 位点等位变异的抽穗期为
vrn-B1>Vrn-B1a> Vrn-B1b>Vrn-B1c。
本研究对两种等位变异序列比对结果与前人研
究一致, 即等位变异 Vrn-B1b比 Vrn-B1a在第一内含
子中 8496~8532 bp处缺失 36 bp片段的碱基。已有
研究证明, 内含子区域碱基片段的插入或缺失与表
型特征密切相关。由于内含子片段的缺失和插入 ,
造成 Vrn-B1c 转录水平提高 , 进而引起等位变异
Vrn-B1c比 Vrn-B1a提前抽穗[16]。Vrn-B1b等位变异
作用可能与之类似 , 由于内含子部分碱基的缺失 ,
可能造成转录水平提高进而积累产物超过阈值引起
提前抽穗。对等位变异 Vrn-B1b的研究, 需要进一步
分析与小麦阶段发育的关系, 并利用 qRT-PCR 等技
术分析基因在各时段的表达情况, 进而从基因表达
水平揭示等位变异 Vrn-B1b的分子机制。
3.2 黄淮冬麦区气候条件对 Vrn-B1 基因分布的
影响
小麦春化基因组成在不同国家和地区的差异 ,
反映了不同环境对品种的要求不同, 是小麦环境适
应性的分子基础[29-30]。合适的春化基因组成, 对秋
播冬小麦抗寒和高产尤为重要[31-32]。春化基因控制
小麦生长发育进度, 防止小麦秋季播种后遇到持续
高温或暖冬引起发育提前甚至冬前拔节而遭遇冬季
低温受冻, 从而确保小麦经过冬季低温完成春化阶
段后来年抽穗开花。冬小麦品种春化基因的组成和
分布与推广地区冬季寒冷程度有关, 尤其与 1 月平
均温度等因素有直接联系[23-24]。根据中国气象局网
(http://www.cma.gov.cn/2011qxfw/2011qsjcx/) 数 据 ,
1997—2006年黄淮冬麦区各省份 1月平均最低温度
为山西<河北<陕西<河南, 而等位变异 Vrn-B1a在各
省份比例为山西>河北>陕西>河南, 表明 4个省份 1
月平均最低温度与等位变异 Vrn-B1a 分布比率呈相
反趋势; 相反, 随着省份 1月平均最低温度降低, 等
位变异 Vrn-B1b的分布比例随之降低。山西、河北、
陕西和河南主要属于大陆性气候 , 冬季寒冷干燥 ;
第 3期 王 轩等: 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 445
而安徽和江苏属于温带向亚热带过渡的地区, 气候
温暖湿润, 冬季 1 月平均温度较高; 山东地处沿海
全省温暖湿润, 形成暖温带季风气候, 冬季温差明
显小于大陆性气候, 因此, 山东、安徽和江苏省份显
性等位变异 Vrn-B1a 和 Vrn-B1b 分布不符合上述 4
个大陆性气候省份的特点。
黄淮冬麦区小麦品种冬春习性的变化, 随着历
史进程中当地气候条件等因素的演变呈现规律性变
化[33-34]。总体说来, 随着黄淮冬麦区 8 次品种更换,
Vrn-B1 位点显性等位变异频率随该地区小麦品种生
长习性呈现出先升高后降低的变化特点(表 2)。1950
—1962 年, 绝大部分品种为农家品种, 多为冬性或
半冬性, 均含有隐性等位变异 vrn-B1。1963—1980
年, 春性及弱冬性品种逐渐增多。1981—1988 年第
5次更换的品种中, 改良品种占主导地位, 加之耕作
制度变化, 对品种的早熟性提出了较高要求, 选育
推广品种的春性逐渐增强; 在该阶段出现 Vrn-B1 位
点显性等位变异 Vrn-B1b 类型的品种“豫麦 28”, 这
是由优质红粒春小麦品种“中作 8131-7”中选出的白
粒早熟品种。1989—2000 年, 我国北方冬季气候变
暖, 进一步促使选育偏春性特性的品种增多, 因而
黄淮冬麦区第 6 和第 7 次更换的品种中, 品种冬性
逐渐减弱, 弱冬性、春性品种比重上升[34], 此时携带
Vrn-B1 位点显性等位变异的小麦品种比率增加, 并
且对低温春化处理要求较弱的等位变异 Vrn-B1b 比
例明显高于对低温春化处理要求较强的等位变异
Vrn-B1a。近年来, 倒春寒频繁发生, 在小麦育种工
作中又开始重视抗寒防冻特性品种的选育 [33-34],
Vrn-B1 位点携带显性等位变异品种的平均比率降低,
使得等位变异 Vrn-B1a 在显性等位变异内相对比例
又逐步提高。综合等位变异 Vrn-B1a 和 Vrn-B1b 的
效应、气候变化及黄淮冬麦区小麦品种更换的规律
分析, 在未来该地区选育和推广中含有 Vrn-B1 位点
显性等位变异品种比例会逐渐减少 , 而等位变异
Vrn-B1a 在显性等位变异内的相对比例可能逐步高
于 Vrn-B1b; 育种工作者在选用亲本时, 选育抗寒防
冻品种可以考虑选择冬性更强的等位变异 Vrn-B1a
品种 , 而缩短品种生育期可以选择等位变异
Vrn-B1b。本研究只针对 Vrn-B1 位点等位变异
Vrn-B1a和 Vrn-B1b的春化作用效应和在黄淮麦区推
广品种中的分布, 还需要进一步选择相关品种和亲
本, 开展两种等位变异来源的系谱分析, 揭示等位
变异的来源和育种利用价值; 同时, Vrn-D1 也是黄
淮冬麦区的主要春化基因之一, 进一步研究 Vrn-D1
位点等位变异效应及两位点的互作与分布特点, 有
助于揭示黄淮冬麦区小麦春化基因的分布特点。
4 结论
不同低温春化处理均可促进显性等位变异
Vrn-B1a和 Vrn-B1b小麦的抽穗, 两者的抽穗时间不
同, 完成春化阶段的低温处理时间为 20~25 d。在黄
淮冬麦区小麦品种的春化基因 Vrn-B1 位点中, 存在
显性等位变异 Vrn-B1a和 Vrn-B1b, 两者在该麦区各
省份品种中的分布不同。
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