小麥春化作用研究進(jìn)展

陳滿霞，蔣玉蓉，於金生

（浙江農(nóng)林大學(xué)農(nóng)業(yè)與食品科學(xué)學(xué)院/浙江省農(nóng)作物品質(zhì)改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江臨安 311300）

小麥（Triticum aestivum L.）是主要的糧食作物之一，它提供的熱量和蛋白質(zhì)占到人類營養(yǎng)成分的20%以上。小麥在發(fā)育前期需要通過適宜的低溫處理來促使其加速開花，一般把由低溫引起的春化稱為低溫春化。按照原產(chǎn)地及春化特點(diǎn)的差異，可將小麥種類劃分為強(qiáng)冬性、冬性、半冬性和春性4種類型［1-2］，不同的類型在春化過程中對溫度和光照的需求不同，各種生理和生化代謝也存在一定差異。小麥的春化作用主要由Vrn-1、Vrn-2、Vrn-3和Vrn-4等4類基因調(diào)控，這4類基因位點(diǎn)的顯隱性組成調(diào)控著小麥的冬性或者春性［3-6］。

目前人們在分子水平上對小麥春化作用的調(diào)控機(jī)制及作用方式有了一定的認(rèn)識，已分離并克隆了春化基因Vrn-1、Vrn-2及Vrn-3，發(fā)現(xiàn)了基因Vrn-4［3-6］，并對這些基因位點(diǎn)的等位變異、不同變異類型組合與麥區(qū)適應(yīng)性的關(guān)系進(jìn)行了研究［7］。但仍有一些問題亟需解決，如對正處于春化過程中的小麥植株細(xì)胞內(nèi)的生理生化過程還未能有較清晰的認(rèn)識；Vrn-4基因的調(diào)控機(jī)制及與其他春化基因的互作方式尚需進(jìn)一步探究。研究分析小麥春化作用的分子機(jī)制及響應(yīng)機(jī)制，可為培育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高抗的小麥品種提供理論基礎(chǔ)，具有極大的現(xiàn)實(shí)意義。本文將從春化理論、春化條件及春化特性、春化過程中的生理變化和春化基因等4個(gè)方面闡述小麥春化研究的現(xiàn)狀。

1 小麥春化理論

19世紀(jì)中期，Allen等在圖書中記載了催芽后的麥類作物種子經(jīng)低溫處理，春播能夠抽穗的現(xiàn)象［8］。20世紀(jì)初期，蘇聯(lián)李森科（Lysenko）提出“春化”一詞［9］，即小麥經(jīng)過人工低溫處理后，能夠加速抽穗的現(xiàn)象。一些學(xué)者認(rèn)為，春化作用是指小麥必須進(jìn)行連續(xù)的低溫處理，才能正常開花，進(jìn)而完成營養(yǎng)生長向生殖生長的過渡，它是小麥發(fā)育過程中一個(gè)重要的質(zhì)變過程［10］。簡而言之，春化就是通過適當(dāng)?shù)牡蜏靥幚泶龠M(jìn)小麥開花，使其具備正常生長的能力。

2 小麥春化條件及春化特性

2.1 春化條件

2.1.1 溫度 根據(jù)起源和春化特征的不同，可將小麥種類劃分為強(qiáng)冬性、冬性、半冬性和春性4種類型［1-2］，不同類型在低溫環(huán)境下對具體溫度和時(shí)間的需求不同。相對來說，小麥的產(chǎn)地由北到南，植株所需春化溫度逐漸升高，所需春化時(shí)間變短［11］。崔繼林等在1953—1954年對華東地區(qū)104個(gè)小麥品種的春化特征進(jìn)行了研究，認(rèn)為將春化溫度在0～3℃（或2～4℃）、春化時(shí)間為30～40 d的品種歸為冬性小麥，如果春化溫度是10～12℃，則無論春化時(shí)間多久都不能使其抽穗；將春化溫度在0～12℃、春化時(shí)間不超越10 d的歸為春性小麥品種［1］。金善寶認(rèn)為，春性和過渡性品種對春化溫度要求不嚴(yán)格（8～15℃），冬小麥特別是強(qiáng)冬小麥，在生育早期完成春化反應(yīng)需要比較嚴(yán)格的春化條件［10］。趙大中等曾報(bào)道，在冷處理?xiàng)l件相同的情況下，冬性越強(qiáng)的小麥品種，完成春化反應(yīng)所需的時(shí)間越長［12］；曹廣才等在研究中發(fā)現(xiàn)，超強(qiáng)冬性小麥品種在未經(jīng)過低溫處理的條件下，植株維持在營養(yǎng)生長階段，表現(xiàn)為抽穗延遲、無效分蘗變多等，但也能夠抽穗開花［13］。苗果園等研究表明，未經(jīng)過低溫春化的小麥，不管冬性強(qiáng)弱，只要給予植株足夠的生長時(shí)間，它們最終均能抽穗且灌漿良好［14］。

由此可見，低溫處理是影響小麥穗部發(fā)育的重要因素，不同的小麥品種對溫度的需求并沒有明顯的界限，而是一個(gè)緩慢的量變積累過程［10］。在低溫誘導(dǎo)條件得不到滿足時(shí)，春化過程必須經(jīng)過漫長的溫度積累，從而使抽穗期延遲。

2.1.2 光照 光照是植物生長發(fā)育的必要條件，是影響植物開花的重要環(huán)境因子，日照長度則關(guān)系到植株的花芽分化、抽穗和結(jié)實(shí)。小麥屬于長日照植物，不同的小麥品種對日照時(shí)間的響應(yīng)不同。早在1935年，Mckinney等就初次發(fā)現(xiàn)了“短日春化”現(xiàn)象，即把未春化的小麥植株在其發(fā)育早期置于短日照下，然后放到長日照下，能夠加速幼穗分化，也就是說短日照處理可以代替低溫春化的需要［15］。隨后有研究表明，某些小麥品種只有在短日照下生長受到抑制時(shí)，短日春化才能代替低溫春化［16］；一些秋季播種的小麥品種需在短日照下生長，這種特性就是短日春化性［17］。苗果園等研究表明，一般強(qiáng)冬性小麥品種在一定溫度的積累下，會對光照長度表現(xiàn)敏感且具備短日春化性；冬性品種對低溫和光長都較敏感，不存在短日春化效應(yīng)；而有些春性品種對光照長度敏感，但對低溫基本沒有任何反應(yīng)［14］。曹廣才等認(rèn)為，在冬小麥的生育早期以短日照條件為宜［18］，溫度與光照雖不可相互替代，但在一定范圍內(nèi)，它們的生態(tài)效應(yīng)具有互相抵償?shù)淖饔谩?/p>

2.1.3 其他環(huán)境條件 小麥的生長發(fā)育還受其他外界環(huán)境因素的影響，其春化過程除了要有低溫和短日照外，還需要有足夠的氧氣、適宜的水分以及糖類等不可或缺的營養(yǎng)物質(zhì)。研究表明，如果發(fā)芽的小麥種子經(jīng)過干燥脫水后，當(dāng)水分含量低于40%時(shí)，即使給予足夠的氧氣和水分，種子也不能通過春化［19］。小麥的離體胚在有氧氣、水分和糖類的前提下，才能發(fā)生春化響應(yīng)［20-21］。

總之，小麥的春化受許多環(huán)境因素的影響，不同環(huán)境因子的協(xié)同作用影響小麥的春化和開花誘導(dǎo)過程，因此，研究小麥春化時(shí)所需的條件，對于小麥正常生長具有重要的意義。

2.2 春化特性

春化是小麥的主要特征之一，是影響小麥區(qū)域分布和生態(tài)適應(yīng)性的重要因素［22］，是引種、用種的重要依據(jù)，直接影響到小麥的發(fā)育過程，如幼穗發(fā)育早晚、抽穗期等［23-24］。春化特性被認(rèn)為是一種連續(xù)的數(shù)量性狀，主要以小麥花原基的分化及成花進(jìn)程為基本標(biāo)記［25］。不同小麥品種在春化階段對低溫的不同需求使其具有不同的發(fā)育特性，通常以葉片數(shù)、分蘗數(shù)、株高、小穗數(shù)等來判斷小麥品種的春化特性。

研究表明，春化作用會使小麥的最終葉片數(shù)減少［26-27］。張錦熙等認(rèn)為，可將小麥開花前劃分為3個(gè)生育階段，即基本營養(yǎng)生長階段、可變營養(yǎng)生長階段和可變生殖生長階段，其中可變營養(yǎng)生長階段的長短用該階段主莖上長出的葉片數(shù)表示，它的多少是鑒定小麥品種冬、春性的指標(biāo)之一，隨著小麥品種冬性的增強(qiáng)，在不同播期下這一階段的葉片數(shù)變異幅度會變大［28］。王士英認(rèn)為，某些小麥品種在生育早期會因低溫春化，導(dǎo)致出葉數(shù)減少，從而使主莖的總?cè)~片數(shù)相應(yīng)減少，這是小麥對于生態(tài)環(huán)境的一種適應(yīng)方式［29］。Flood等認(rèn)為，隨著小麥冬性程度的增加，小穗數(shù)一般呈增長趨勢［30］，還有學(xué)者認(rèn)為小麥的小穗數(shù)可能由其他基因調(diào)控［31］。穗分化進(jìn)程與葉片生長對溫度的響應(yīng)不同，低溫春化效應(yīng)主要誘導(dǎo)的是小穗原基（二棱）的分化［28］，而葉片數(shù)的多少則與積溫有一定的關(guān)系。

當(dāng)春化溫度適宜時(shí)，春化作用能夠促進(jìn)小麥的花芽分化，但目前還沒有某種生理標(biāo)記被普遍用來評判小麥的春化反應(yīng)過程。探究小麥的春化特性，可為人們在分子水平上認(rèn)識春化作用的分子機(jī)制、遺傳規(guī)律提供重要的理論基礎(chǔ)。

3 小麥春化過程中的物質(zhì)變化

通過春化反應(yīng)過程，小麥生理生化代謝會發(fā)生很大的變化，包括碳水化合物及蛋白質(zhì)代謝、核酸代謝、酶和激素的變化及相關(guān)基因的表達(dá)等。譚克輝等對小麥春化過程中的生理和生化物質(zhì)變化作了大量的研究，認(rèn)為小麥春化是多種代謝過程相互交替的綜合過程，至少有3個(gè)子過程，即糖的氧化、蛋白質(zhì)代謝和核酸代謝［32］。這3種代謝過程并非完全獨(dú)立，而是按照一定的先后順序相互交替進(jìn)行。

3.1 碳水化合物變化

研究表明，植物的春化作用與莖尖中的碳水化合物代謝具有緊密的聯(lián)系［33］，其中糖類不僅作為植物細(xì)胞代謝中的碳源，用以合成其他含碳物質(zhì)，還直接參與花器官的發(fā)生過程，并在植物開花中起重要作用［34-36］。糖類對小麥春化反應(yīng)速度的影響在低溫處理的初期（0～14 d）［37］，該時(shí)期植物的呼吸速率明顯增強(qiáng)，生長點(diǎn)會進(jìn)行充分的有氧呼吸和代謝［38］。劉麗杰等認(rèn)為，低溫會使冬小麥胚中的蔗糖含量明顯升高，而在同樣低溫條件下，春小麥中蔗糖的含量變化不大［39］。研究發(fā)現(xiàn)，只有當(dāng)植株莖尖中的蔗糖、還原糖和可溶性糖等碳水化合物的含量達(dá)到一定水平時(shí)，生長點(diǎn)方能受低溫刺激進(jìn)行春化，且當(dāng)它們的含量增加時(shí)，春化時(shí)間會相應(yīng)變短［37，40］。

3.2 蛋白質(zhì)變化

蛋白質(zhì)的代謝過程是小麥能否順利通過低溫春化的重要一步［32］。研究表明，冬小麥經(jīng)低溫處理后，蛋白質(zhì)合成速度加快［41］，且該現(xiàn)象與花芽分化的特異蛋白表達(dá)有關(guān)，特異蛋白的表達(dá)是基于某些特定基因在轉(zhuǎn)錄水平上表達(dá)存在差異產(chǎn)生的［42-43］。此外，這些特異蛋白質(zhì)僅存在于春化植株中，在脫春化和未春化的植株中不存在［42］，且低溫誘導(dǎo)開花與相關(guān)mRNA的出現(xiàn)具有一定的次序性［44］。對春化過程中植物蛋白質(zhì)代謝的進(jìn)一步研究表明，在低溫處理過程中，可溶性蛋白質(zhì)含量隨著葉齡的增大先增加后降低［45］；不同冬小麥品種的可溶性蛋白質(zhì)含量不同，強(qiáng)冬性品種的含量通常較低［46］。小麥春化過程中的功能性蛋白質(zhì)，如過氧化氫酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、酯酶（EST）等可溶性蛋白同工酶，在春化過程中也發(fā)生了相應(yīng)的代謝變化［47］。楊肇馴等認(rèn)為，冬小麥在春化過程中，POD含量在不同時(shí)期變化是不均一的，春化中期，POD的變化較為顯著，春化處理21 d后，可溶性蛋白的含量迅速增加，逐漸接近未春化處理的春小麥［48］。

3.3 核酸變化

20世紀(jì)50年代，李淑俊等以冬小麥北系3號及小紅芒2個(gè)品種為試材，探究了小麥春化反應(yīng)過程中胚內(nèi)核酸含量的變化，結(jié)果表明，在春化處理期間，隨著春化時(shí)間的延長，胚中各種核酸含量均增加［49］。有研究表明，核酸代謝主要在小麥低溫處理的中后期進(jìn)行［32，50］。此外，Sarhan等認(rèn)為，小麥春化后核糖體RNA和可溶性RNA的含量增加，有利于植株感受低溫刺激通過春化，在處理30～50 d的過程中，發(fā)現(xiàn)了新的mRNA［51］。目前，運(yùn)用mRNA差異顯示技術(shù)及減法雜交等技術(shù)，已獲得了與春化作用相關(guān)的DNA序列［52-54］。趙大中等曾以冬小麥品種燕大1817為試材，利用mRNA差異顯示技術(shù)，設(shè)置不同的春化處理來檢測胚芽內(nèi)mRNA的變化，發(fā)現(xiàn)并克隆了1個(gè)春化特異表達(dá)基因，該基因僅在春化20 d這一關(guān)鍵期表達(dá)，而在未春化、春化4 d、脫春化期不表達(dá)［12］。

小麥春化反應(yīng)中的各個(gè)代謝過程相互交替且反應(yīng)復(fù)雜，目前，對于正處于春化過程中的植株細(xì)胞內(nèi)的各個(gè)生理生化代謝過程還未能有較清晰的認(rèn)識。對小麥春化過程中的各種物質(zhì)變化進(jìn)行分析，可為認(rèn)識春化作用提供資料和信息，為理解低溫誘導(dǎo)開花提供切入點(diǎn)，同時(shí)在分子水平上，為春化基因的克隆奠定基礎(chǔ)。

4 小麥春化基因

目前，小麥的春化作用主要由4類基因調(diào)控，分別是Vrn-1、Vrn-2、Vrn-3和Vrn-4，其中Vrn-1、Vrn-3和Vrn-4使小麥表現(xiàn)為春性生長習(xí)性，而Vrn-2能夠抑制開花，使小麥表現(xiàn)為冬性生長習(xí)性［3-6］。Vrn-1基因包括3個(gè)直系同源基因：Vrn-A1、Vrn-B1和Vrn-D1，分別位于5A、5B和5D染色體上，與Vrn-B1和Vrn-D1相比，Vrn-A1對春化作用表現(xiàn)最不敏感［55-57］。Vrn-2基因包含Vrn-A2、Vrn-B2和Vrn-D2 3個(gè)基因位點(diǎn)，它們分別被定位在5A、4B和4D染色體上［5］。Vrn-3基因位于染色體7A、7B、7D上，由Vrn-A3、Vrn-B3、Vrn-D3組成［6，58］。Vrn-4基因被定位在六倍體春小麥的5D染色體上，被命名為Vrn-D4［3，59-60］。這些基因位點(diǎn)之間互相作用，共同影響小麥的春化特性。

4.1 Vrn-1基因

Vrn-1基因，也稱為TaVRT-1，在低溫誘導(dǎo)下促進(jìn)小麥開花，它可以編碼與擬南芥AP1/FRUITFULL家族同源的MADS-box轉(zhuǎn)錄因子［61-62］，一系列MADS-box調(diào)節(jié)分生組織的特異性［63］，控制頂端分生組織從營養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)變［4，61，64］。六倍體小麥包含A、B、D 3個(gè)染色體組，各染色體組中Vrn-1基因的表達(dá)量有所差異，Vrn-A1基因?qū)rn-B1和Vrn-D1具有上位性效應(yīng)［56］。Vrn-1基因的顯性等位性主要表現(xiàn)為該基因啟動子區(qū)堿基的插入、缺失或突變［4，65］；在二倍體小麥中，Vrn-1基因的缺失能夠使植株長久不開花［66］。

普通小麥Vrn-1基因的等位變異類型較多，目前已在Vrn-A1位點(diǎn)發(fā)現(xiàn)了Vrn-A1a、Vrn-A1b及Vrn-A1c等多種顯性等位基因變異類型，它們使小麥的生長習(xí)性表現(xiàn)為春性，Vrn-A1a、Vrn-A1b是啟動子區(qū)域的變異類型，而Vrn-A1c為第一內(nèi)含子的變異類型［4，56-67］。Vrn-A1a由于發(fā)生了折疊回文結(jié)構(gòu)元件的插入和啟動子序列的復(fù)制，在啟動子區(qū)域有131 bp與43 bp或222 bp的堿基插入［7，64］。Vrn-A1b的突變是由于在Maquis等品種的啟動子區(qū)域，具有多個(gè)單核苷酸多態(tài)位點(diǎn)（SNP），以及在啟動子的5′端非翻譯區(qū)（5′UTR）區(qū)缺失了20 bp的堿基［4，64］。Vrn-A1c表現(xiàn)為顯性，它的基因序列與野生型隱性等位基因vrn-A1一致，但在vrn-A1第一內(nèi)含子區(qū)有一個(gè)5 504 bp堿基片段的缺失［56］。Vrn-B1包括Vrn-B1和vrn-B1 2種等位基因位點(diǎn)的變異，與隱性等位基因vrn-B1相比，Vrn-B1可以使小麥的生長習(xí)性表現(xiàn)為春性，其原因是在第一內(nèi)含子區(qū)域缺失了1個(gè)6 850 bp的堿基片段［7，56-57，68］。Vrn-D1基因位點(diǎn)的等位變異是由于內(nèi)含子的大片段缺失，包括Vrn-D1和vrn-D1 2種類型，隱性基因vrn-D1的第一內(nèi)含子缺失了4 235 bp的堿基片段［56-57］。

在不同國家和地區(qū)的小麥種植區(qū)，Vrn-1基因的等位基因變異類型不同，出現(xiàn)的基因頻率也有所差別［69］。Goncharov等對世界各國小麥品種的研究發(fā)現(xiàn)，Vrn-A1在西伯利亞和歐洲小麥品種中出現(xiàn)的頻率較高，Vrn-D1在亞洲品種中出現(xiàn)的頻率較高，而在中國和印度地區(qū)特定的品種內(nèi)出現(xiàn)頻率較高的為顯性基因Vrn-B3［70］。姜瑩等認(rèn)為，在我國小麥?zhǔn)笊鷳B(tài)栽培區(qū)，Vrn-D1均表現(xiàn)為顯性，而Vrn-Ala和Vrn-B1在冬小麥區(qū)沒有分布［71］。Zhang等對我國的小麥品種進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，冬麥區(qū)的春性品種主要攜帶Vrn-D1基因，而所有春小麥區(qū)的春性早熟品種主要攜帶Vrn-A1a基因，且春化位點(diǎn)顯性頻率的順序依次為Vrn-D1、Vrn-A1、Vrn-B1、Vrn-B3［7］。劉興舟對山東地區(qū)的小麥品種進(jìn)行研究表明，該地區(qū)的春化基因vrnA1、vrnB1和vrnD1均為隱性基因，決定了該地區(qū)冬小麥種植的主導(dǎo)地位［72］。此外，有研究發(fā)現(xiàn)，未進(jìn)行春化時(shí)，冬小麥隱性基因vrn-1的表達(dá)量較低，春小麥顯性基因Vrn-1的表達(dá)量最高；經(jīng)過春化后，冬小麥隱性基因vrn-1的表達(dá)量明顯有所增加［73］。由此可知，春小麥的Vrn-1基因無需春化就能表達(dá)，而冬小麥的vrn-1基因需要經(jīng)過低溫刺激才得以表達(dá)。

4.2 Vrn-2基因

目前，關(guān)于Vrn-2基因分子機(jī)制的研究很多，Vrn-2基因是一個(gè)開花抑制因子，Vrn-2的表達(dá)受到低溫春化和短日照的影響。Yan等以二倍體小麥為材料，對Vrn-2基因進(jìn)行定位克隆發(fā)現(xiàn)，Vrn-2基因編碼一個(gè)ZCCT基因，該基因包括1個(gè)鋅指結(jié)構(gòu)域和1個(gè)CCT功能域，ZCCT-1和ZCCT-2基因串聯(lián)組成ZCCT，二者的基因序列有76%的相似性［4-5］。在六倍體小麥中，ZCCT-1又包含了3種等位變異：ZCCTA1、ZCCT-B1和ZCCT-D1［36］。Yan等研究發(fā)現(xiàn)，Vrn-2基因ZCCT-2編碼區(qū)序列沒有差異，但在CCT功能區(qū)存在突變，使得這一編碼區(qū)的第35個(gè)密碼子編碼的色氨酸取代了精氨酸［5］，取代的原因可能是突變破壞了甲基化位點(diǎn)，從而使CCT功能區(qū)蛋白質(zhì)間的相互作用受到一定的影響［4］。假如第35個(gè)密碼子處的精氨酸/色氨酸發(fā)生突變或ZCCT-1/ZCCT-2中的基因缺失，則小麥品種的生長特性均表現(xiàn)為春性，相反時(shí)則表現(xiàn)為冬性特性。Szücs等認(rèn)為，二倍體冬小麥品種中至少存在1個(gè)功能性的ZCCT-1基因，隱性vrn-2基因的所有ZCCT基因都缺失或CCT區(qū)域的保守氨基酸發(fā)生突變，就會使小麥品種表現(xiàn)為春性，進(jìn)一步證明了ZCCT-1是Vrn-2的候選基因［74］。

Takahashi等認(rèn)為，Vrn-2基因與Vrn-1的上位性互作效應(yīng)較為明顯，二者共同參與一個(gè)開花調(diào)控途徑［75］。有研究表明，春化處理前，Vrn-2的表達(dá)量相對較高，Vrn-1基因則較低［5，76］；在短日照下，Vrn-1的表達(dá)量并沒有隨著Vrn-2表達(dá)量的降低而升高，只有在長日照條件下才出現(xiàn)逐漸上升的趨勢［77］。由此可以說明，短日照條件下可能還有其他的基因抑制了Vrn-1的表達(dá)；長日照條件下，如果Vrn-2基因缺失，即使沒有進(jìn)行春化，花芽也能分化。

4.3 Vrn-3基因

研究表明，Vrn-3基因與大麥的HvFT基因、擬南芥的FLOWER LOCUS T（FT）基因同源，它們完全連鎖［6，78］，且FT基因能夠促進(jìn)植物開花［79-81］。Vrn-3基因受長日照和低溫誘導(dǎo)促進(jìn)開花，它與Vrn-1、Vrn-2、其他春化基因及光周期基因共同參與植株的開花途徑［78］。參照大麥的HvFT基因序列，Yan等設(shè)計(jì)并開發(fā)了小麥春化基因Vrn-3的分子標(biāo)記，通過對小麥早花品種和晚花品種Vrn-3基因位點(diǎn)的差異分析發(fā)現(xiàn)，Vrn-B3存在Vrn-B3和vrn-B3 2種類型的等位變異類型，其編碼區(qū)序列并沒有出現(xiàn)差異，小麥早花和晚花可能是由于在vrn3起始密碼子上游區(qū)域約591 bp處有1個(gè)5 295 bp堿基的反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子插入［6］，這一差異可能會導(dǎo)致Vrn-2與Vrn-3之間的相互作用受阻［82］。此外，Chen等在我國地方小麥品種中發(fā)現(xiàn)，Vrn-B3基因上存在2個(gè)新的等位變異類型，分別是Vrn-B3b和Vrn-B3c，其中Vrn-B3b在5′端非翻譯區(qū)有一個(gè)890 bp堿基片段的插入，使植株延遲開花，而Vrn-B3c在5′端非翻譯區(qū)除了有一個(gè)5 300 bp堿基片段的插入外，還有2個(gè)小片段的缺失，但啟動子的活性并沒有受到明顯的影響［83］。在擬南芥中，長日照條件下，F(xiàn)T基因在葉片中的表達(dá)量升高［79］，隨后FT蛋白轉(zhuǎn)移到莖尖分生組織促進(jìn)開花［84］。在小麥中也發(fā)現(xiàn)了這種FT蛋白由葉片轉(zhuǎn)移到莖尖的現(xiàn)象，說明Vrn-3基因能夠促進(jìn)小麥開花，可能與這一現(xiàn)象有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，在小麥中，F(xiàn)T蛋白與轉(zhuǎn)錄因子TaFDL2結(jié)合，共同促進(jìn)Vrn-1基因的表達(dá)，從而使植株能夠正常開花［85］。Vrn-3基因通過調(diào)控Vrn-1來影響花期［55］，Vrn-3編碼的蛋白可與TaFDL2轉(zhuǎn)錄因子相互作用，而TaFDL2與Vrn-1的啟動子區(qū)域結(jié)合以促進(jìn)開花［86］。

4.4 Vrn-4基因

1971年，Pugsley發(fā)現(xiàn)了春化基因Vrn-4，并在創(chuàng)制基因系TDD、TDE、TDC和TBD后，創(chuàng)制了近等基因系TDF［55］。之后，Yoshida等將Vrn-4定位在5D染色體短臂上靠近著絲粒區(qū)域，距離長臂上已定位到的Vrn-D1基因至少50 cM的距離［59］，且Vrn-4基因與Vrn-A1具有較高的序列同源性［87］。有研究認(rèn)為，Vrn-D4基因可能位于由Vrn-1、Vrn-2、Vrn-3基因組成的反饋調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)的上游，也可能是其中的組成部分之一［88］。研究表明，Vrn-D4調(diào)控開花的分子機(jī)制與Vrn-B1、Vrn-D1類似，但春化效應(yīng)不如Vrn-A1［26，89］。若春化時(shí)間相對較短，則帶有Vrn-B1、Vrn-D1基因的植株花期早于帶有純合Vrn-D4基因的植株［59］。有關(guān)Vrn-D4基因的調(diào)節(jié)機(jī)制、等位變異及其作用方式尚需進(jìn)一步研究。

4.5 春化基因間的互作

小麥需經(jīng)過足夠時(shí)間的低溫處理和光照才能開花，各個(gè)春化基因位點(diǎn)之間的聯(lián)系較為復(fù)雜，它們協(xié)同作用，構(gòu)成了一個(gè)反饋調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)。春化基因Vrn-1、Vrn-2、Vrn-3都存在多種等位基因變異類型，這些等位基因位點(diǎn)顯隱性的組成調(diào)控著小麥的春性或冬性，而在不同國家或地區(qū)的小麥中，等位基因的分布是不同的［7］。

在普通小麥中，顯性基因Vrn-l的表達(dá)時(shí)間較早，隱性基因vrn-l較晚［76］。在發(fā)育前期，顯性基因Vrn-Al的表達(dá)會抑制Vrn-2的表達(dá)，而在發(fā)育后期，Vrn-Al對Vrn-2的抑制作用使得vrn-B1和vrn-D1得以表達(dá)［57］。Li等以冬小麥為材料進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，若植株帶有顯性基因Vrn-3，那么在Vrn-1表達(dá)量上升的情況下，可以促使小麥提前開花［85］，原因可能是Vrn-3基因促進(jìn)Vrn-1的表達(dá)，而Vrn-1的表達(dá)可間接抑制Vrn-2的表達(dá)。研究表明，在長日照條件下Vrn-2基因的表達(dá)量上升，而短日照抑制了Vrn-2基因的表達(dá)［76，90］。Distelfeld等認(rèn)為，小麥的Vrn-3基因與其他春化基因及環(huán)境因子相互作用，共同調(diào)控小麥的花期；在長日照條件下，Vrn-2基因的表達(dá)水平上升，Vrn-3受到抑制不表達(dá)，從而使得Vrn-3無法誘導(dǎo)Vrn-1的表達(dá)，進(jìn)而導(dǎo)致Vrn-1在葉片及根尖中的表達(dá)量非常低，植株停留在營養(yǎng)生長階段［91］。進(jìn)入冬季后，溫度降低，日照時(shí)間縮短，植物進(jìn)行春化作用，Vrn-1表達(dá)量上調(diào)，Vrn-2的表達(dá)受到抑制，Vrn-3則開始發(fā)揮作用；春季日照時(shí)間變長，Vrn-3受光照的刺激，表達(dá)量開始升高，進(jìn)而促進(jìn)了Vrn-1的表達(dá)，最終促進(jìn)小麥植株開花［91-92］。

5 展望

對春化作用的研究有利于揭示小麥發(fā)育轉(zhuǎn)變的機(jī)制及遺傳規(guī)律，對小麥的生產(chǎn)具有極為重要的意義。在小麥育種中，只有充分了解小麥品種的春化發(fā)育特點(diǎn)、春化模式和反應(yīng)機(jī)制，才能了解小麥春化發(fā)育理論與育種的關(guān)系，從而提高小麥品種的利用效率、擴(kuò)大品種的利用范圍。目前，在分子水平上，前人已對小麥春化作用的調(diào)控機(jī)制及作用方式進(jìn)行了許多研究，并取得了一定的成果，但尚有一些問題亟需解決，如小麥春化過程中的生理生化代謝還需進(jìn)一步探究，Vrn-4基因的調(diào)控機(jī)制尚不明確或者還存在其他未發(fā)現(xiàn)的春化基因，這些春化基因間的互作關(guān)系還缺乏深入研究。

小麥的春化作用是極其復(fù)雜的過程，在已有的生理生化基礎(chǔ)上，結(jié)合生物信息學(xué)、基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、遺傳學(xué)及計(jì)算機(jī)模擬等學(xué)科知識對其進(jìn)行研究，將推進(jìn)對小麥的春化特性、物質(zhì)代謝及分子機(jī)制等的完整認(rèn)識。此外，傳統(tǒng)的小麥雜交育種具有選擇效率低、周期長等缺點(diǎn)，而通過構(gòu)建植物表達(dá)載體獲得轉(zhuǎn)基因小麥植株，能夠快捷有效地將小麥春化特性進(jìn)行特異性遺傳改良，同時(shí)可為進(jìn)一步研究春化基因的分子機(jī)制、加快育種進(jìn)程奠定基礎(chǔ)，對小麥的引種、育種具有重大的意義。

相信隨著多組學(xué)的不斷發(fā)展、春化試驗(yàn)體系的完善以及小麥春化作用研究的不斷深入和全面，人們對小麥春化作用的調(diào)控機(jī)制和分子機(jī)制的認(rèn)識也會更加清晰。