全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2008, 34(11): 1953−1957　 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

基金项目: 引进国际先进农业科学技术计划(948计划)项目(2006-G2B)和国家“十一五”科技支撑计划项目(2006BAD01A02)
作者简介: 孙道杰(1970−), 男, 河南焦作人, 博士, 研究方向: 小麦遗传育种。E-mail: chinawheat@163.com
*
通讯作者(Corresponding author): 王辉(1943−), 男, 博士生导师, 从事小麦遗传育种研究。
Received(收稿日期): 2008-01-07; Accepted(接受日期): 2008-05-14.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2008.01953
小麦 TaFT基因编码区序列多态性及其与开花期的关系
孙道杰 冯 毅 王 辉* 闵东红 李学军
(西北农林科技大学农学院 / 国家小麦改良中心, 陕西杨凌 712100)
摘 要: 春化基因 VRN-B3 是小麦开花素基因 TaFT, 为探索该基因在品种间的保守性及其与小麦开花早晚的关系, 根据
TaFT基因序列(GenBank accession No.: DQ890162)设计特异 PCR引物, 扩增了 13个品种中该基因的编码区。通过测
序和序列比对, 发现不同品种间该基因编码区的 DNA 序列存在多态性, 序列翻译发现 5 个品种的表达产物 FT 蛋白
发生变异。利用中国春的非整倍体材料将 TaFT 基因定位在 7BS 染色体上。参考品种的冬春性及开花时间, 推测冬
性品种正常的 FT 蛋白(同 DQ890162 翻译的氨基酸序列一致)可加速开花, FT 蛋白变异则延迟开花; 春性品种的 FT
蛋白变异与否对开花期影响不大, 推测 TaFT基因的效应可能被春性品种的显性春化基因所掩盖。
关键词: 小麦; TaFT基因; 序列多态性; 开花调控; 春化基因
Polymorphism of Wheat TaFT Gene Expressional Sequence and the Im-
pact to Flowering Dates
SUN Dao-Jie, FENG Yi, WANG Hui*, MIN Dong-Hong, and LI Xue-Jun
(College of Agronomy, Northwest A&F University / National Wheat Improvement Center, Yangling 712100, Shaanxi, China)
Abstract: It has been confirmed that the wheat vernalization gene VRN3 is an orthologue of FT. In this study, special PCR prim-
ers were designed using the software ‘DNAMAN’ based on the sequences of TaFT (GenBank No. DQ890162). The PCR products
amplified from 13 cultivars with different flowering dates were sequenced from two directions. Sequence alignment was con-
ducted using the software BioEdit. The results of DNA sequence polymorphism showed that the translational FT protein from five
cultivars had mutations. The TaFT gene was mapped to chromosome 7BS using a set of nulli-tetrasomic lines and ditelosomic line
7BL of Chinese Spring. According to the vernalization characteristics and the flowering time we deduced that for the winter cul-
tivars, the normal FT protein may accelerate flowering, the FT protein mutation will delay flowering; for the spring cultivars, the
dominant vernalization allele genes may substitute the TaFT gene’s function, and FT protein variation will not obviously influence
flowering dates.
Keywords: Triticum aestivum L.; TaFT; Sequence polymorphism; Genetic control of flowering dates; Vernalization gene
植物的开花控制机制是生物学家研究的热点领
域之一。通过对模式植物拟南芥 (Arabidopsis
thaliana)的深入研究 , 基本上阐明了拟南芥开花控
制的光周期途径是叶片中的光受体(光敏色素)感受
光信号, 产生昼夜节律, 适当的昼夜节律将开启或
影响昼夜节律基因(CCA1、LHY、ELF3、TOC1、FKF1、
ZTL、LUX、LOV、LKP2等)的表达[1-3], CDF1 和 GI
感受昼夜节律基因的变化 , 最终在叶中激活
CONSTANS(CO)的表达。当 CO表达量超过特定临界
值时就可以激活 FT (FLOWERING LOCUS T)的表达,
启动开花过程[4-7]。早在 20世纪 30年代, Chailakhyan
根据嫁接实验提出开花素概念, 认为对光周期有不
同反应的植物之间可能有相同的源自叶子的信号物
质来促进开花, 因而植物开花时间受该信号物质控
制, 但这种信号究竟是什么, 长期以来一直是一个
有待研究的问题 [7-8]。Huang 等 [9]研究表明 , FT
1954 作 物 学 报 第 34卷

mRNA(FLOWERING LOCUS T mRNA)可能是科学
家寻找多年的开花素, 这无疑是一项令人振奋的发
现。但是 Corbesier 等[10]研究表明, 开花素是 FT 蛋
白而并非 FT mRNA。FT蛋白由叶片中的 FT基因表
达产生, 经由植物脉管系统到达茎尖组织, 激活其
他基因并引起植物开花的全过程。Yan 等[11]证实小
麦(Triticum aestivum L.)的 VRN-B3 基因(即以前的
VRN-B4[11])等同于拟南芥的 FT 基因, 与春化作用互
作并影响小麦的开花时间, 可以称之为小麦的 FT基
因(TaFT), 该基因有 3个外显子和 2个内含子, 编码
由 177氨基酸组成的蛋白。
近些年, 气候变化日趋明显, 暖冬、倒春寒、干
热风等灾害性天气出现的频率逐渐增加, 威胁着小
麦生产的安全性。为了稳定小麦生产, 必须根据新
的气候趋势, 通过遗传改良来调整营养生长与生殖
生长的转换点, 调整各发育阶段的相对长度, 使其
与光周期等环境变化密切协调, 从而使小麦适应新
的气候条件, 提高稳产性。为此, 需要深入研究和发
掘与开花控制密切相关的春化基因(Vrn)、光周期基
因(Ppd)及固有的早熟性基因(Eps)[12]。本研究尝试探
索 TaFT基因(VRN-B3)编码区 DNA序列的多态性及
其与开花期的关系, 为小麦的生态育种奠定基础。
1 材料与方法
1.1 材料及取样
选用具有类型和地域代表性的小麦材料 13 份, 分
别是 Holland-1(荷兰)、皖 38、西农 889、小偃 81、
周麦 18、济麦 22、西农 979、豫麦 18、西农 1376、
郑麦 9023、宁春 4号、扬麦 5号和 NF-134(加拿大),
均由国家小麦改良中心杨凌分中心提供。以中国春
缺四体及双端体材料(中国农业科学院作物科学研
究所/国家小麦改良中心提供)对 TaFT基因进行染色
体定位。
2006 年 10 月 8 日于西北农林科技大学国家小
麦改良中心杨凌分中心试验地播种, 随机区组设计,
每小区 3行(行长 2 m, 行距 25 cm), 2次重复, 采用
常规农作管理, 陕西杨凌的气候条件可以保证所有
材料都能正常春化并抽穗开花。准确记录各材料的
抽穗期和开花期并判断其冬春性。小区有 50%以上
顶部小穗露出剑叶, 或棍棒型在叶鞘中上部裂开见
小穗即为抽穗期; 小区有 50%以上的穗中部小穗开
始开花即为开花期; 主要依据冬季苗相、发育情况、
春化基因的分子标记鉴定结果[13]及其在实际生产中
的表现综合判断冬春性。
1.2 基因组 DNA提取
采用 SDS法[14], 每基因型取 3粒种子分别提取
DNA, 经 0.8%琼脂糖凝胶电泳和 DV6600 紫外分光
光度计检测 , A260/A280 比值在 1.8~2.0 之间 , 说明
DNA基本无降解, 适合于 PCR扩增。用于 TaFT基
因的表达编码区多态性检测和染色体定位。
1.3 引物设计、TaFT基因的编码区序列 PCR扩
增及 DNA序列测定
使用 DNAMAN软件, 基于中国春的 TaFT基因
序列(GenBank No.: DQ890162)[11]设计特异 PCR 引
物。上下游引物对序列分别为 F: 5′-AAGGAAGGGC
TAATGGCCG-3′; R: 5′-GGCCGTGGGTAGATCAAT
TGT-3′(由上海生工生物工程技术服务有限公司合
成)。PCR体系为 20 μL, 含 10×buffer 2 μL, Taq DNA
聚合酶 1 U, 4种 dNTP各 150 μmol L−1, 每条引物 0.5
μmol L−1, 模板 DNA 40~60 ng。PCR程序为 94℃预
变性 5 min; 94 ℃ 变性 1 min, 65℃退火 1 min, 72℃
延伸 1 min, 35个循环; 72℃延伸 10 min。预期扩增
片段长度近 1 300 bp, 使用 1.2%琼脂糖凝胶电泳检
测 PCR产物。由英骏生物技术有限公司进行扩增产
物 DNA测序。分别用 BioEdit和 DNAMAN软件进
行 DNA序列比较以及推测表达蛋白序列。
1.4 TaFT基因的染色体定位
以中国春缺四体和双端体基因组 DNA 为模板,
用 TaFT 基因特异引物进行 PCR 扩增, 电泳检测、
定位该基因。
2 结果与分析
2.1 小麦 TaFT 基因编码区 DNA 序列及预测蛋
白氨基酸序列多态性分析
序列比对发现, 内含子 I (627 bp)的序列在 13份
材料间完全一致, DNA序列同源性为 100%; 与中国
春 TaFT基因内含子 II (97 bp)DNA序列(GenBank No.
DQ890162)相比, 西农 1376有 2个 SNP和 1个碱基
插入, 扬麦 5 号有 1 个 SNP, 豫麦 18 有 1 个碱基插
入, 其他材料 TaFT基因内含子 II与中国春的完全一
致。与中国春 TaFT基因外显子序列相比, Holland-1
在外显子 I 的第 40 碱基缺失, 导致蛋白翻译时产生
移码突变并过早出现终止密码子, 产生无义突变(图
1); 皖 38和西农 889外显子 III的第 222碱基由“T”
突变为“C”, 致使密码子“TTC”变为“CTC”, 相
应的氨基酸也由苯丙氨酸(Phe)变为亮氨酸(Leu), 这
第 11期 孙道杰等: 小麦 TaFT基因编码区序列多态性及其与开花期的关系 1955


2种氨基酸都具有疏水 R基(图 1); 郑麦 9023外显子
III 的第 180 碱基处插入 1 个碱基“C”而第 219 碱
基处缺失 1 个碱基“T”, 导致预测表达 FT 蛋白靠
近 C 端的 15 个氨基酸发生移码突变(translational
frameshifting), 但表达蛋白的总氨基酸数目未变(图
1); 扬麦 5号外显子 III的第 223碱基“T”缺失, 导
致预测表达 FT蛋白 C端的 16个氨基酸发生移码突
变并继续延长(原终止密码子因移码突变而改变)(图
1)。小偃 81、周麦 18、济麦 22、西农 979、豫麦 18、
西农 1376、宁春 4 号和 NF-134 等 8 个材料的相应
DNA 序列未发现多态性, 预测表达的 FT 蛋白完全
一致。郑麦 9023、扬麦 5号和皖 38的等位变异序列
已提交 GenBank(Accession No.: EU368120、EU368121
和 EU368122)。

图 1 小麦 TaFT基因预测表达的 FT蛋白
Fig. 1 Amino acid sequence alignment of wheat FT protein
H: Holland-1; Y5: Yangmai 5; Z9023: Zhengmai 9023; W&X: Wan 38 and Xinong 889; CS: Chinese Spring (DQ890162);
“*”: stop codon; “...”: ellipsis amino acid; “-”: null. The amino acid variations are indicated with black background.

2.2 小麦 TaFT基因的染色体定位
以缺四体和双端体基因组为模板 , 用所设计
TaFT基因特异引物进行 PCR扩增, 琼脂糖凝胶电泳
检测发现, 缺四体“N7B-D7D”(图 2中 02泳道)和双
端体 7BL(图 2中 21泳道)均无扩增产物, 其他缺四体
材料均扩增出预期片段。因而可以基本确定小麦的
TaFT基因位于 7B染色体的短臂上。与前人对春化基
因 VRN-B3 (即以前的 VRN-B4[11])的定位一致[15]。
2.3 小麦 TaFT 基因产物 FT 蛋白多态性与开花
期的关系
13份小麦材料在陕西关中正常播种的抽穗开花
期见表 1。Holland-1 的 TaFT 基因由于靠近氨基末
端(amino terminus)发生移码突变并提前终止, 只能
表达很短的多肽链, 不可能具备 FT蛋白的生物学功

图 2 TaFT基因特异引物的小麦非整倍体 PCR电泳图谱
Fig. 2 PCR amplification of CS nulli-tetrasomic lines and ditelosomic line 7BL using the special primer for TaFT gene
由于材料较多, 分两次完成电泳检测(左右图)。
M : DNA ladder DL2000; lane 02: Chinese Spring nullisomic 7B-tetrasomic 7D; lane 21: ditelosomic line 7BL.
1956 作 物 学 报 第 34卷

表 1 13份小麦材料的抽穗开花期及其 FT蛋白
Table 1 Heading and flowering dates and FT protein of 13 wheat cultivars
品种
Cultivar
冬春性
Winter or spring habit
抽穗期
Heading date
(month/day)
开花期
Flowering date
(month/day)
FT蛋白
FT protein
Holland-1 Winter 5/06 5/13 no FT protein
Wan 38 Winter 4/26 5/04 1 amino acid substitute
Xinong 889 Winter 4/25 5/03 1 amino acid substitute
Xiaoyan 81 Winter 4/20 4/29 normal
Zhoumai 18 Winter 4/19 4/28 normal
Jimai 22 Winter 4/20 4/30 normal
Xinong 979 Winter 4/14 4/23 normal
Yumai 18 Semi-winter 4/13 4/22 normal
Xinong 1376 Spring 4/10 4/20 normal
Zhengmai 9023 Spring 4/11 4/20 15 amino acid substitute
Ningchun 4 Spring 4/10 4/20 normal
Yangmai 5 Spring 4/12 4/21 carboxyl terminus translational frameshifting
NF-134 Spring 4/12 4/22 normal
每个材料的抽穗和开花期在 2个重复之间均无差异。
The heading and anthesis dates are not different between 2 replicates.

能, 因而在该材料中 TaFT 应为假基因(pseudogene),
抽穗和开花很晚; 皖 38和西农 889的 TaFT基因序列
产生相同的单核苷酸多态性(SNP)导致 FT 蛋白中一
个氨基酸替换, 对 FT蛋白的功能可能产生些许影响,
这两个品种抽穗和开花较晚; 郑麦 9023的FT蛋白在
靠近 C端处产生了包含 15个氨基酸的移码突变, 可
能部分改变 FT蛋白的功能, 该品种抽穗和开花都较
早; 扬麦 5 号的 FT 蛋白发生了与郑麦 9023 类似的
突变, 只是位置处于 C 末端, 并且原终止密码子因
移码而改变, 可能翻译出更长一些的多肽链; 其他 8
份材料 TaFT 基因外显子序列未产生多态性, FT 蛋
白正常。
3 讨论
小麦何时由营养生长转入生殖生长, 受到春化
基因、光周期基因、固有早熟基因(earliness per se
genes)以及 TaFT等开花相关基因的协同控制。春化
基因和光周期基因对小麦发育的影响研究的比较深
入[12,15-17]; 固有早熟基因对发育影响也已阐明[18-19]。
证实 FT 蛋白就是科学家寻找多年的植物开花素是
一项最新研究成果[10], 但 FT 蛋白是否只是其他发
育相关基因用于控制开花的信号分子而其基因本身
不具备直接环境应答并调控发育的功能, 目前还难
以定论。本研究展示了小麦 TaFT基因编码区序列及
表达产物 FT蛋白的品种间多态性, 该基因在品种间
的序列保守性(sequence conservation)并不高, 表明
其重要性不是很高。从所选用的 13份材料来看, 对
于冬性品种, FT蛋白难以表达的材料Holland-1开花
很晚, FT蛋白发生了单个氨基酸替换(功能可能有所
改变)的皖 38 和西农 889(春化基因型均为 vrn-A1,
vrn-B1, vrn-D1[13])都表现较晚开花, 而 FT蛋白正常
的西农 979、济麦 22、小偃 81和周麦 18表现较早开
花, 可见 FT蛋白有利于提早冬性品种的开花期; 然
而对于春性品种, FT 蛋白局部氨基酸发生移码突变
的郑麦 9023(vrn-A1, Vrn-B1, vrn-D1)和扬麦 5 号
(vrn-A1, vrn-B1, Vrn-D1) [13]却没有表现出晚花现象,
FT蛋白正常的宁春 4号(Vrn-A1, vrn-B1, vrn-D1)、
豫麦 18(vrn-A1, vrn-B1, Vrn-D1)、西农 1376(vrn-A1,
vrn-B1, Vrn-D1)和 NF-134(Vrn-A1, vrn-B1, vrn-D1)
的开花并不比郑麦 9023和扬麦 5号早, 推测在春性
品种中, FT 蛋白的促花作用可能被显性春化基因的
功能所遮盖。
对拟南芥的研究表明, 植物开花控制有光周期
途径、春化途径、固有早熟性(自主途径)和 GA途径
4 种, 一个途径受阻将影响开花时间但不会完全阻止
发育转换[20-21]。郑麦 9023和扬麦 5号尽管 FT蛋白
发生变异(其功能是否改变尚不清楚), 但其他途径
如春化也会加速开花。FT蛋白发生变异的冬性品种
表现晚花现象, 合理的解释应是正常的 FT蛋白能够
加速冬性品种的发育, 使开花提早。
第 11期 孙道杰等: 小麦 TaFT基因编码区序列多态性及其与开花期的关系 1957


4 结论
小麦 TaFT 基因编码区序列在不同品种间存在
较高的多态性; 根据编码区DNA序列推测的表达产
物 FT蛋白在品种间也存在氨基酸序列的多态性, 可
能导致该蛋白功能的丧失或改变。对于冬性品种 ,
正常的 FT蛋白可加速开花, FT蛋白变异则延迟开花;
对于春性品种, 显性的春化基因可替代 TaFT 基因
的功能, 因而 FT蛋白是否正常对开花期影响不大。
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