新疆小麦品种春化和光周期主要基因的组成分析

为了明确新疆冬春麦区小麦春化和光周期基因的分布特点,利用STS标记对185份品种(系)的重要春化基因Vrn-A1、Vrn-B1、Vrn-D1、Vrn-B3和光周期基因Ppd-D1位点的等位变异组成进行了检测和分析。结果表明,在新疆小麦品种中,春化和光周期基因位点显性等位变异分布频率不同。含有春化显性等位变异Vrn-A1的品种47个,占供试品种(系)的25.4%;Vrn-B1为43个,占23.3%;Vrn-D1为38个,占20.5%;Vrn-B3位点不存在显性等位变异。春化显性等位变异Vrn-A1、Vrn-B1和Vrn-D1在冬、春性小麦内的分布比例也不同。在春性小麦品种(系)中,显性等位变异Vrn-A1出现的频率较高(55.3%);其次为Vrn-B1,占50.6%;Vrn-D1占44.7%。在冬性小麦中,仅有显性等位变异Vrn-B1出现,占2.0%。在光周期基因Ppd-D1位点,80.0%的品种(系)携带光不敏感显性等位变异Ppd-D1a;其中在春性和冬性小麦品种(系)中,Ppd-D1a出现的频率分别为83.5%和77.0%。新疆小麦品种(系)中,存在11种春化和光周期基因显性等位变异组合。     

黄淮麦区小麦品种春化光周期基因型及其与产量性状的相关性

为了解新品种的春化和光周期基因的显隐性组成及对产量的影响,以2011-2012年度国家冬小麦品种区域试验黄淮南片的42个小麦品种为材料,用STS标记对Vrn-A1、Vrn-B1、Vrn-D1、Vrn-B3四个春化基因和光周期基因Ppd-D1位点进行检测,并结合供试材料的农艺性状,探讨春化基因显隐性组成与品种的冬春性、抽穗期及产量性状的相关性.结果表明,42个小麦品种均含有光周期非敏感型等位变异Ppd-D1a.各显性春化基因中,Vrn-D1的出现频率和含有其的品种(系)数最高(38.1％和16);Vrn-A1与每穗小穗数呈显著负相关;Vrn-B1与抽穗期呈显著正相关,与每穗小穗数和产量呈显著负相关;Vrn-D1与抽穗期呈极显著正相关.在春化基因组合中,vrn-A1+ vrn-B1+ vrn-D1与抽穗期呈极显著负相关,与每穗小穗数呈显著正相关;Vrn-A1+vrn-B1+vrn-D1与每穗小穗数呈显著负相关;vrn-A1+ vrn-B1+ Vrn-D1与抽穗期呈显著正相关.说明在小麦可以正常成熟的前提下,对产量等性状有正向作用的最佳春化基因型组合为Vrn-A1+vrn-B1+ vrn-D1.     

春化和光周期基因在陕西小麦品种中的分布

为了解陕西小麦品种中春化基因和光周期基因的分布特点,采用STS标记检测了陕西境内173份小麦品种春化基因Vrn-A1、Vrn-B1、Vrn-D1、Vrn-B3和光周期基因Ppd-D1位点的显性等位变异组成.结果表明,4个春化基因位点显性等位变异在陕西小麦中的平均分布频率不同,顺序为Vrn-D1(38.2%)＞Vrn-B1(16.2%)＞Vrn-A1(1.2%)＞Vrn-B3(0%).春化显性等位变异在陕西境内各麦区的分布频率也不同:归属于北部冬麦区的小麦品种4个春化位点均处于隐性状态;归属于黄淮冬麦区的小麦品种显性等位变异分布比例顺序为Vrn-D1(41.7%)＞Vrn-B1(19.1%)＞Vrn-A1(0%)=Vrn-B3(0%);归属长江中下游麦区的为Vrn-D1( 40.3%)＞Vrn-B1(16.1%)＞Vrn-A1(0%)=Vrn-B3(0%),归属西南冬麦区的为Vrn-D1(54.6%)＞Vrn-A1(18.2%)=Vrn-B1(18.2%)＞Vrn-B3(0%).在光周期Ppd-D1位点,99.4%的品种携带对光周期反应不敏感的显性等位变异Ppd-D1a.陕西境内推广的小麦品种中存在7种春化和光周期基因显性等位变异组合,即Vrn-D1、Ppd-D1a、Vrn-B1/Ppd-D1a、 Vrn-D1/Ppd-D1a、Vrn-A1/Vrn-B1/Ppd-D1a、Vrn-A1/Vrn-D1/Ppd-D1a 和Vrn-B1/Vrn-D1/Ppd-D1a,平均分布频率为0.6%、49.7%、11.6%、32.3%、0.6%、0.6%和4.6%.5个位点显性等位变异组合在陕西境内不同麦区分布也不同:归属于北部冬麦区的检测小麦品种中,均携带单一显性等位变异Ppd-D1a;归属于黄淮冬麦区的小麦品种中,显性等位变异组合出现5种类型,即Vrn-D1、Ppd-D1a、Vrn-B1/Ppd-D1a、 Vrn-D1/Ppd-D1a和Vrn-B1/Vrn-D1/Ppd-D1a,比例分别为1.2%、45.2%、13.1%、34.5%和6.0%;归属于长江中下游冬麦区的小麦品种中存在4种显性等位变异组合类型,即Ppd-D1a、Vrn-B1/Ppd-D1a、 Vrn-D1/Ppd-D1a和Vrn-B1/Vrn-D1/Ppd-D1a,分别占45.2%、14.5%、37.1%和3.2%;归属于西南冬麦区的小麦品种中存在5种类型,分布比例次序为Ppd-D1a(36.3%)=Vrn-D1/Ppd-D1a(36.3%)＞Vrn-A1/Vrn-B1/Ppd-D1a(9.1%)=Vrn-A1/Vrn-D1/Ppd-D1a(9.1%)=Vrn-B1/Vrn-D1/Ppd-D1a(9.1%).这些信息为陕西选育广适性小麦品种提供了依据.     

366份小麦品种春化光周期基因型组成及其与生殖物候稳定性的关系

为探究国内小麦品种春化光周期基因的显隐性组成及其与生殖物候稳定性的关系,以国内各大麦区主栽小麦品种及近几年的区试品系共366份为材料,采用STS标记对春化基因Vrn-A1、Vrn-B1、VrnD1、Vrn-B3和光周期基因Ppd-D1进行检测;同时采用分期播种法,以不同播期之间的抽穗期相差天数为生殖物候稳定性的评价指标,探索春化、光周期基因型对生殖物候稳定性的影响。结果表明,366份材料中包含15种春化光周期基因型组合,其中组合vrn-A1+vrn-B1+vrn-D1+Ppd-D1a最多,达48.91%,其次为vrn-A1+vrn-B1+Vrn-D1+Ppd-D1a,占16.39%。vrn-A1+vrn-B1+vrn-D1+Ppd-D1a能最大程度地维持小麦生殖物候稳定性,使抽穗期差异维持在5.43d,而vrn-A1+vrn-B1+Vrn-D1+Ppd-D1b、vrn-A1+Vrn-B1+Vrn-D1+Ppd-D1a、Vrn-A1+vrn-B1+Vrn-D1+Ppd-D1b则赋予小麦极不稳定的生殖物候特性,使抽穗期差异达10d以上。此外,显性春化基因能降低小麦生殖物候稳定性,其效应表现为Vrn-A1Vrn-B1VrnD1;隐性春化基因能够增强小麦生殖物候稳定性,其效应为vrn-B1vrn-D1vrn-A1;光周期基因对生殖物候稳定性影响不显著。     

春化及光周期基因的等位变异及其对冬小麦光合及产量性状的影响

为了解春化及光周期基因对小麦光合及产量性状的影响,在抗旱棚中对冬麦区广泛种植的58个冬小麦品种进行水分胁迫和正常灌水处理,在灌浆期调查其光合性状,收获后调查其产量性状,并利用分子标记检测其春化及光周期基因的等位变异,进而分析在正常灌水和水分胁迫下春化及光周期基因的等位变异对光合及产量性状的影响。结果表明,供试材料中春化基因Vrn-B1和Vrn-D1位点的出现频率分别为8.62%和43.10%,未检测到春化基因Vrn-A1位点;光周期非敏感型位点Ppd-D1a的出现频率为91.38%。充分灌水条件下,含有vrn-D1位点的品种的净光合速率、蒸腾速率及单株生物量均较含有其显性位点的品种高,而在水分胁迫下,含有vrn-D1位点的品种仍能维持较高胞间CO2浓度、单株生物量及单株籽粒产量,表明该基因型可能更适应干旱环境。综上所述,春化及光周期基因对光合及产量性状有一定影响,携带vrn-D1位点的品种具有高且稳定的光合能力及产量水平,在小麦高光效育种中应注意利用。     

甘肃小麦品种主要春化和光周期基因的组成和分布

为了明确甘肃小麦春化和光周期基因的分布特点,利用STS标记对96份品种的主要春化基因位点VRN-A1、VRN-B1、VRN-D1、VRN-B3和光周期基因PPD-D1位点的等位变异组成进行了检测和分析。结果表明,在甘肃小麦品种中,春化和光周期基因等位变异组合存在11种类型,每种类型的分布频率不同。其中,Ppd-D1a类型频率最高,Vrn-A1/Vrn-B1/Ppd-D1a次之。在春麦生态区存在11种组合类型,其中VrnA1/Vrn-B1/Ppd-D1a频率最高,Ppd-D1a次之。在河西灌溉春麦区、中部干旱春麦区与洮岷高寒春麦区频率最高的组合类型分别为Vrn-A1/Vrn-B1/Ppd-D1a、Vrn-A1/Vrn-B1和Ppd-D1a。与春麦生态区相比,冬麦生态区不存在春化基因显性变异Vrn-A1,且仅存在Ppd-D1a、Vrn-B1/Ppd-D1a、Vrn-D1/Pp-D1a三种类型的等位变异组合,其中,Ppd-D1a类型频率最高,Vrn-B1/Ppd-D1a次之。在陇南冬麦区、渭河上游冬麦区、泾河上游冬麦区中,基因组合类型Ppd-D1a均占主导地位,分布频率依次为46.2%、93.6%和100%。     

北方冬麦区小麦品种产量相关性状和幼穗分化特点研究

为了解北方冬麦区小麦产量相关性状和幼穗分化特点,对该麦区10个代表性小麦品种的产量相关性状和幼穗分化进程进行了研究。结果表明,8个产量相关性状在10个品种间存在不同程度的差异;产量与穗数、穗粒数和千粒重间相关系数分别为0.28、0.45和0.08。不同生态区小麦品种间产量潜力差异较小,高产品种（> 9 000 kg·hm^-2）的成穗数均为中等偏多型。品种间幼穗分化进程有明显差异,北部冬麦区和黄淮冬麦区北片品种一般表现为前期发育慢,后期发育快,个别品种的各个时期发育均慢;黄淮冬麦区南片多数品种则表现为各个时期发育都较快,个别品种前期快,中期慢,后期快。对春化和光周期基因不同等位变异检测发现,除了Vrn-D1,10个供试品种在其他已知春化基因和光周期基因座Vrn-A1、Vrn-B1、Vrn-B3和Ppd-D1上含有相同的等位变异。     

小麦温光发育及相关基因研究进展

春化作用和光周期现象是影响小麦抽穗、成花转变的重要因素,与小麦的适应性密切相关。温光发育特性是决定小麦适应性的重要生态因素,其影响小麦种植区域分布、引种以及栽培措施的选择。小麦温光发育受4个春化主效基因 Vrn-1、 Vrn-2、 Vrn-3和 Vrn-4及3个光周期基因 Ppd-D1、 Ppd-B1和 Ppd-A1的调控。丰富的春化、光周期基因等位变异,可提高小麦的遗传多样性和广泛适应性。本文综述了近年来小麦温光发育与分子基础研究进展,主要包括小麦春化发育特性、光周期发育与温光互作效应、春化和光周期基因的分子机理以及等位变异类型与地理分布,并分析了小麦冬春性与温光互作分子机理研究中存在的问题,以期为小麦温光发育的分子研究、品种遗传改良和引种提供理论依据。     

青海和西藏小麦品种主要春化基因的组成分析

为了明确青海和西藏小麦春化基因的分布特点,利用STS标记对96个青海和西藏小麦品种主要春化基因VRN-A1、VRN-B1、VRN-D1和VRN-B3位点的等位变异组成进行了检测和分析。在96个小麦品种中,VRN-A1位点存在Vrn-A1 a(30.2%)、Vrn-A1 b(6.3%)和vrn-A1(63.5%)3种等位变异,VRN-B1位点存在Vrn-B1 a(29.2%)、Vrn-B1 b(12.5%)和vrn-B1(58.3%)3种等位变异,VRN-D1位点存在Vrn-D1 a(55.2%)、Vrn-D1 b(1.0%)和vrn-D1(43.8%)3种等位变异,VRN-B3位点存在Vrn-B3 b(1.0%)和vrn-B3(99.0%)两种等位变异。4个位点显性春化基因等位变异的分布频率不同,依次为Vrn-D1(56.3%)Vrn-B1(41.7%)Vrn-A1(36.5%)Vrn-B3(1.0%)。在14个冬小麦品种中,4个位点均为隐性春化基因等位变异;在82个春小麦品种中,4个位点至少有1个携带显性等位变异,其中VRN-D1位点显性等位变异占主导地位,并常与其他位点显性等位变异伴随出现。两个地区春小麦品种间,4个位点显性等位变异的分布频率存在较大的差异,青海春小麦品种依次为Vrn-B1(64.8%)Vrn-A1(51.9%)=Vrn-D1(51.9%)Vrn-B3(1.9%),西藏春小麦品种为Vrn-D1(92.9%)Vrn-A1(25.0%)Vrn-B1(17.9%)Vrn-B3(0)。在82个春小麦品种中,4个春化基因位点存在8种等位变异组合类型,vrn-A1/vrn-B1/Vrn-D1/vrn-B3(30.2%)Vrn-A1/Vrn-B1/vrn-D1/vrn-B3(17.6%)vrn-A1/Vrn-B1/Vrn-D1/vrn-B3(11.5%)Vrn-A1/vrn-B1/Vrn-D1/vrn-B3(7.3%)vrnA1/Vrn-B1/vrn-D1/vrn-B3(6.3%)=Vrn-A1/Vrn-B1/Vrn-D1/vrn-B3(6.3%)Vrn-A1/vrn-B1/vrn-D1/vrn-B3(5.2%)vrn-A1/vrn-B1/Vrn-D1/Vrn-B3(1.0%)。这8种等位变异组合在春小麦中的分布频率因品种推广地区不同而不同。在青海春小麦品种中,存在8种等位变异组合类型,以Vrn-A1/Vrn-B1/vrn-D1/vrn-B3(29.5%)和vrn-A1/vrn-B1/Vrn-D1/vrn-B3(22.2%)为主,vrn-A1/Vrn-B1/Vrn-D1/vrn-B3(14.8%)与Vrn-A1/Vrn-B1/Vrn-D1/vrn-B3(11.1%)次之;在西藏春小麦品种中,仅存在5种等位变异组合类型,以vrn-A1/vrn-B1/Vrn-D1/vrn-B3(60.7%)为主,Vrn-A1/vrn-B1/Vrn-D1/vrn-B3(21.4%)和vrn-A1/Vrn-B1/Vrn-D1/vrn-B3(10.7%)次之,vrn-A1/Vrn-B1/vrn-D1/vrn-B3(3.6%)和Vrn-A1/Vrn-B1/vrn-D1/vrn-B3(3.6%)较低。这些信息可为青海和西藏小麦品种选育和推广提供依据。     

黄淮麦区（南片）小麦粒重基因 TaGS-D1和 TaCwi-A1等位变异检测及效应分析

小麦粒重是影响小麦产量的重要因素,为了解小麦粒重基因 TaGS-D1和 TaCwi-A1及其等位变异在黄淮麦区（南片）新育成小麦品种（系）中的分布情况,以94份黄淮麦区（南片）新育成小麦品种（系）为试验材料,利用功能标记GS7D、CWI22和CWI21对试验材料中 TaGS-D1和 TaCwi-A1位点的等位变异进行检测,并分析了不同等位基因以及等位基因组合与粒重之间的关系。结果表明,在 TaGS-D1位点,共检测到 TaGS-D1a和 TaGS-D1b两种等位基因,分布频率分别为80.85%和19.15%,含有 TaGS-D1a等位基因的小麦材料的粒重显著高于含有 TaGS-D1b等位基因的材料;在 TaCwi-A1位点,共检测到 TaCwi-A1a和 TaCwi-A1b两种等位基因,分布频率分别为67.02%和32.98%,含有 TaCwi-A1a等位基因的小麦材料的粒重显著高于含有 TaCwi-A1b等位基因的材料;在 TaGS-D1和 TaCwi-A1位点,共检测到 TaGS-D1a/TaCwi-A1a、 TaGS-D1a/TaCwi-A1b、 TaGS-D1b/TaCwi-A1a和 TaGS-D1b/TaCwi-A1b四种等位基因组合,分布频率分别为56.38%、24.47%、10.64%和8.51%,含有 TaGS-D1a/TaCwi-A1a等位基因组合的小麦材料的粒重显著高于具有其余三种等位基因组合的材料,含有 TaGS-D1b/TaCwi-A1b等位基因组合的小麦材料的粒重显著低于具有其余三种等位基因组合的材料。     

利用KASP标记检测青海和西藏小麦品种中光周期基因分布

为了解青海和西藏小麦品种中光周期基因的分布情况,采用KASP标记对青海和西藏249份小麦品种光周期基因 Ppd-D1、 Ppd-B1和 Ppd-A1等位变异组成进行检测。结果显示,在 Ppd-B1位点上,237个品种携带光周期不敏感型等位变异 Ppd-B1a(95.18%),12个品种携带光周期敏感型等位变异 Ppd-B1b(4.82%);在 Ppd-A1位点上,233个品种携带光周期不敏感型等位变异 Ppd-A1a(93.57%),16个品种携带光周期敏感型等位变异 Ppd-A1b(6.43%);在 Ppd-D1位点上,221个品种携带光周期不敏感型等位变异 Ppd-D1a(88.76%),28个品种携带光周期敏感型等位变异 Ppd-D1b(11.24%)。光周期不敏感型等位变异 Ppd-B1a和 Ppd-A1a分别在青海和西藏小麦品种光周期反应中占主导地位。西藏和青海小麦品种中共存在6种等位变异组合类型,其中青海小麦品种中存在5种等位变异组合类型,不存在 Ppd-D1a/Ppd-B1b/Ppd-A1a类型,西藏农家品种中存在4种等位变异组合类型,不存在含光周期敏感型等位变异 Ppd-A1b的类型。等位变异组合 Ppd-D1a/Ppd-B1a/Ppd-A1a在青海和西藏小麦品种中分布最广。     

黄淮麦区部分骨干品种重要基因等位类型分析及全基因组优异位点挖掘

为了从分子水平上了解黄淮麦区部分骨干品种(尤其是西农系列品种)的春化和光周期特性、矮秆基因、抗赤霉病基因类型及全基因组优异位点的分布,以西农979、西农511等近年黄淮麦区主栽小麦品种(共64份)为材料,采用分子标记及小麦35K芯片对供试品种进行检测。结果表明,13份材料含有显性春化基因 Vrn-D1(20.3%),3份材料含有显性基因 Vrn-B1(4.7%),未检测到显性基因 Vrn-A1和 Vrn-B3;除中国春和宁春45外,其余62份材料均含光周期不敏感基因 Ppd-D1a;9份材料携带矮秆基因 Rht-B1b,28份材料携带矮秆基因 Rht-D1b,35份材料携带矮秆基因 Rht8;15份材料同时含有 Rht-D1b和 Rht8;苏麦3号和兰考198含抗赤霉病基因位点 Fhb1。芯片检测结果发现,西农系列品种亲缘关系较近,共含有1 049个特异SNP,集中在2A和6B染色体上,这些位点可能是决定西农系列品种区别于其他品种的重要遗传位点;所有参试材料共含有1445个相同的SNP位点,集中在2D和3B染色体上。     

黄淮北片主栽小麦品种冬春性与主要春化基因组成的关系

为探明我国黄淮北片麦区冬小麦的冬春性与春化基因分布的关系,以该麦区的48个主导小麦品种为材料,依据不同小麦品种的低温春化需求来分析品种的冬春特性,同时分析了主要的春化基因分子标记在上述品种中的组成。结果表明,黄淮北片麦区以半冬性品种为主,占75.0%,春性品种和冬性品种各占10.4%,弱春性品种占4.2%。春化基因检测结果显示,黄淮北片麦区的主栽小麦品种的主要基因型为vrnA1/vrn-B1/vrn-D1/vrn-B3,占77.1%,其余品种含有Vrn-D1基因(22.9%,11个),未发现携带显性基因VrnA1、Vrn-B1及Vrn-B3的品种。黄淮北片主栽品种调查结果显示,根据vrn-A1/vrn-B1/vrn-B3/vrn-D1全隐性基因型推测的品种的冬性和表现型的一致性高达97.3%,根据显性基因Vrn-D1推测的春性与表现型的一致性为54.5%。总的来说通过春化基因组成推测的冬春性与根据低温需求鉴定的冬春性的一致性为87.5%,表明可以通过检测春化基因分子标记来对品种的冬春性进行快速推测,实际工作中若能利用春化基因分子检测与田间观察相结合,可以更准确地反映品种的冬春性。     

小麦光周期基因在我国不同麦区中的组成分布

为明确光周期基因在我国小麦品种中的组成分布特点,利用已有的特异性分子标记对我国977份小麦品种的光周期基因Ppd-A1、Ppd-B1和Ppd-D1进行检测,分析比较不同麦区中光周期基因的组成分布特点。结果表明,在Ppd-A1位点有5份材料无PCR扩增条带(0.5%),其余972份材料都为光周期敏感型Ppd-A1b(99.5%);在Ppd-B1位点仅青春37为光周期不敏感型Ppd-B1a(0.1%),有3份材料无PCR扩增条带(0.3%),其余973份材料为光周期敏感型Ppd-B1b(99.6%);在Ppd-D1位点有789份材料为光周期不敏感型Ppd-D1a(80.8%),其余188份材料为光周期敏感型Ppd-D1b(19.2%)。在东北春麦区、新疆冬春兼播麦区、青藏春冬兼播麦区等高纬度麦区,小麦品种多携带光周期敏感型基因Ppd D1b;在北部冬麦区、黄淮冬麦区、长江中下游冬麦区,不敏感型Ppd-D1a基因分布频率较高;Ppd-D1a基因分布频率总体呈现以黄淮冬麦区为最高,向其他方向麦区呈现下降的趋势。在Ppd-A1位点和Ppd-B1位点发现的无PCR扩增条带的新等位变异,丰富了小麦育种种质资源的多样性,为选育适应不同环境条件的品种奠定了材料基础,是进一步研究的重要材料。     

Evaluation of dry matter production and yield in early-sown wheat using near-isogenic lines for the vernalization locus Vrn-D1

ABSTRACT

Wheat (Triticum aestivum L.) grain yield is predicted to decrease in the future because of an increase in air temperature globally. To clarify the effects of the vernalization response gene in wheat to warmer winters, we compared dry matter production and grain yield between spring wheat ‘Asakazekomugi’ and its winter-type near-isogenic line (NIL) carrying different alleles of the vernalization response gene Vrn-D1 under early-, standard-, and late-sowing conditions. Under early-sowing conditions, dry matter production of the NIL carrying the winter allele of Vrn-D1, named Asa (Vrn-D1b), exceeded that of ‘Asakazekomugi’ from mid-March (after stem elongation in Asa (Vrn-D1b)) when the temperatures rose. Tiller number and leaf area index under early-sowing conditions were consistently higher in Asa (Vrn-D1b) than in ‘Asakazekomugi’ from mid-March onward. It was suggested that the early-sown ‘Asakazekomugi’ could not effectively absorb solar radiation to produce dry matter because of the acceleration of stem elongation caused by the Vrn-D1 gene during the cold season. The grain yield of Asa (Vrn-D1b) with early sowing was higher than with standard sowing. In contrast, the grain yield of ‘Asakazekomugi’ was lower in the early-sown crop than in the crop sown at the standard date. These results suggested that the higher grain yield of Asa (Vrn-D1b) than that of ‘Asakazekomugi’ under early-sown conditions could be due to Asa (Vrn-D1b) maintaining high dry matter production after the jointing stage by suppressing acceleration of growth caused by warm conditions after sowing.