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光周期反应是植物通过感受昼夜长短变化而控制开花的一种生理现象。普通小麦(Triticumaestivum L.)是典型的长日照作物,光周期反应对其生育期、适应性以及产量均具有重要影响。近年来模式植物拟南芥、水稻光周期途径的分子生物学研究已取得很大的进展,但作为主要粮食作物的小麦,其光周期反应研究则相对滞后。本研究主要针对小麦光周期基因多样性变异和与其同家族的生物钟基因TaPRR1展开研究,取得如下主要研究进展:1.根据光周期基因Ppd-D1的5个等位变异位点,开发新的分子标记,同时结合已报道的标记检测来源于世界不同地理生态环境的495份普通小麦品种以及25份人工合成种和30份粗山羊草(Ae.tauschii),对Ppd-D1基因单倍型种类、分布特点、表达规律及其功能进行了分析,研究结果发现:(1)Ppd-D1基因共存在6种单倍型,分别命名为单倍型Ⅰ一Ⅵ;(2)单倍型Ⅱ、Ⅴ和Ⅵ存在于合成种和粗山羊草中,是比较原始的类型,并在小麦驯化进程中单倍型Ⅴ和Ⅵ被丢失,只有Ⅱ被保留下来。(3)不同单倍型在短日照条件下具有相似的表达模式,但其最高表达量存在显著差异。单倍型Ⅰ的表达量最高,Ⅲ的表达量最低,其余呈现一系列过渡类型:(4)相关分析发现Ppd-D1单倍型在短日照条件下其表达量与抽穗期呈负相关,单倍型间的千粒重、株高等农艺性状均存在显著差异;(5)不同单倍型的地理分布呈现明显的地域特征,单倍型Ⅰ主要分布在亚洲、大洋洲和北美洲低纬度国家,单倍型Ⅱ主要集中在亚洲,单倍型Ⅲ主要分布在欧洲和北美洲的高纬度国家,单倍型Ⅳ分布较为广泛,几乎每个小麦种植区域都普遍存在。2.研究光周期基因Ppd-B1在转录水平上的表达特点,结果发现:(1)Ppd-B1是选择性剪切基因,存在3个可选择剪切位点,分别以外显子增加、5’剪切位点改变和内含子保留形式分布在5’UTR、第5外显子和第6内含子,其中前两者不同剪切方式没有引起蛋白保守结构域的改变,后者不同剪切方式会导致基因移码突变:(2)Ppd-B1选择性剪切可产生8种不同形式的转录本,其中4种含有完整的编码序列,表达丰度较高,能够翻译成功能蛋白;另外4种表达丰度较低,不翻译或翻译时被提前终止;(3)Ppd-B1不同转录本的相对表达量受到材料光周期反应特性和外界光周期环境的影响而变化。对Ppd-B1启动子区与编码区进行多样性分析,结果发现:(1)启动子区存在6种序列,编码区存在4种序列类型,包括10个SNP变异位点,这些SNP在基因启动子、外显子、内含子各个区域均有分布;(2)每种材料都含有一种相同的启动子序列类型,此外有的材料还存在另外一种启动子序列类型;(3)序列多样性证明该基因在有些材料中至少存在两个拷贝,而且初步推测认为基因序列类型的多样性与材料的光周期反应存在联系。3.对小麦生物钟基因TaPRR1(即拟南芥TOC1同源基因)进行了如下研究:(1)采用同源克隆的方法,克隆了普通小麦的三个同源基因TaPRR1-A1,TaPRR1-B1,TaPRR1-D1;(2)基因表达发现TaPRR1在种子萌发后即能响应短日照光周期迅速表达,并在第六天表达量快速增加:(3)TaPRR1的表达随昼夜节律交替循环而变化,但在长短日照下的表达模式不同。在短日照条件下。其表达模式为单峰,与拟南芥TOC1和水稻OsPRR1的表达很相似;而在长日照条件下TaPRR1的表达则呈现双峰:(4)三个TaPRR1同源基因在长短日照下的表达均有差异,TaPRR1-D1的表达节律最强,TaPRR1-A1的表达节律最弱,TaPRR1-B1介于前两者之间:(5)将TaPRR1定位于小麦染色体第6部分同源群,并将TaPRR-D1定位于小麦6D染色体RFLP标记Xbcd1716和Xcfd76之间,遗传距离分别为4.2 cM和6.3 cM。