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研究和利用小麦早熟性在农业生产上具有重要意义。小麦抽穗和开花时间是衡量小麦早熟性的重要指标,而小麦的幼穗分化发育进度直接影响到小麦抽穗开花时间的早迟。目前关于小麦开花时间受VRN1、VRN2、FT基因及其协调互作调控的分子机理研究较为透彻。“川育12”曾经是四川地区大面积推广的春性小麦品种,具有明显的早熟特性,与开花关键基因位点组成相同的春性品种“新春9号”比较,川育12的开花期也要提早2周左右。本试验采用不同温光组合处理,研究温光因子对春小麦穗发育进度的影响及主要开花基因的表达水平变化,通过定量对比分析川育12和新春9号VRN1,VIRN2及FT基因表达量的差异,结合表型和幼穗分化的观察结果,进一步揭示“川育12”早熟的分子遗传基础,从而为小麦早熟的理论基础研究和早熟品种培育提供依据和参考。具体研究结果如下:
在生长箱的可控试验条件下,研究不同温光组合处理对光不敏感的春小麦品种抽穗开花时间及穗分化的影响,结果表明:
分别在24℃、15℃的高、低生长温度下,16h长日照均显著促进小麦的穗分化发育;8h短日照严重抑制穗发育,高温则进一步加剧短日的抑制效应;在满足春化作用的前提下,日照长度是影响穗分化发育的主要因素,但春化作用仍能加快春性品种的穗发育进程;长日照下高温对小麦穗分化启动以后的穗发育速度有较强促进作用,但品种间开花对温度的敏感性存在明显差异;“川育12”穗分化对温度的敏感性更强,在不同处理条件下穗发育进度均明显快于对照“新春9号”,幼穗分化进度与抽穗开花时间具有高度的一致性。
为进一步了解温光因子对春小麦开花影响的分子机理,采用Real-time PCR方法,分析不同温光组合处理下主要开花基因VRN1,VRN2及FT的表达谱,结果表明:
在16h长日照的高、低温条件下,随着植株生长发育的进行,川育12 VRN1和FT表达量均持续增加;在8h短日照的高、低温条件下,随着植株生长发育的进行,川育12 VRN1和FT表达量呈下降趋势或保持在较低的水平范围;与此对应,在16h长日照的高、低温条件下,川育12 VRN2的表达量呈下降趋势。然而,在8h短日照的高、低温度条件下,川育12 VRN2的表达水平呈无规律性的变化:长日照条件下,温度升高对川育12和新春9号FT基因表达有明显的促进作用,但川育12FT表达水平的增幅更大,其穗发育进度更快、开花期提前,表明FT表达水平与小麦开花早迟密切相关,且温度对FT表达的影响品种间存在差异;在最适条件下,川育12和新春9号VR N1与FT的表达持续增加(前者表达高于后者),VRN2的表达持续下降(前者表达低于后者)。在各种温光条件下,川育12穗发育进度均快于对照品种新春9号,其FT基因表达量的变化对温度的敏感性也更高,以及可能含有的受温度影响的早熟基因,是川育12表现早熟的主要分子机理。
为明确温度影响川育12早开花的遗传学基础,进一步利用川育12和新春9号构建重组自交系遗传分离群体,已获得F4自交群体。