小麦是我国及世界最重要的粮食作物之一,发掘和利用重要基因资源,培育高产、广适、耐逆的小麦品种是维系粮食安全的重要研究方向。小麦生育期主要由营养生长阶段和生殖阶段构成,前期经验已经证明合理调节小麦生育期是实现高产和品种广适性的重要手段。如“光钝”基因Ppd1的广泛利用曾在小麦“绿色革命”中扮演重要角色,是小麦分子育种应用最广泛的基因之一。然而,小麦如何介导环境因素包括光信号、温度和逆境调控生育期的分子机制尚不明确,相关基因资源的发掘和有效利用比较薄弱。本课题组曾对“进化峡谷”(ECI)及其周围地区的168份野生二粒利用55K基因芯片和基因组重测序技术进行群体遗传学分析,发现在ECI采集的野生二粒进化出三个独立的种群NFS、SFS1、SFS2,并揭示了生育期差异是驱动三个种群分化的重要因素。尤其是在高温、干旱的SFS(向南坡),在30米的范围内基因流存在的情况下,分化出SFS1、SFS2两个生育期明显不同的种群。为了适应强非生物胁迫的环境,我们发现SFS2群体进化出早花特性,通过缩短生育周期避开后期的高光强辐射,而SFS1群体尽管相对晚花,但直接进化出非常强的抵御高光的能力。为了进一步研究ECI中野生二粒小麦群体生育期分化的遗传机制和分子机理,本实验对SFS1和SFS2种群的花期差异机理展开研究。主要研究内容如下:1.利用Fst指数分析NFS、SFS1、SFS2群体间的分化程度,结果发现在不同群体之间的Fst值普遍均在0.6以上,在整个全基因组范围内均显示受选择的信号;为了避免遗传漂变带来的影响,将后分化出的NFS和SFS2合并为一个群体,而SFS1作为一个群体进行了选择分析(XPCLR、Fst、π),选取top5候选区间的位点并进行基因注释,发现CONSTANS的同源基因TaCOL6,鉴于已知CONSTANS是参与调控光周期的基因,推断TaCOL6可能参与花期调控。通过对种群间TaCOL6基因的SNP分析,发现SFS1晚花群体内出现关键位点突变造成氨基酸赖氨酸突变成谷氨酸,而这一突变在进化峡谷及峡谷周围其他地区或国家的野生二粒小麦种质中并未发现,暗示其是SFS1特异进化的SNP位点。2.为了证明TaCOL6参与调控生育期的功能,我们首先在二穗短柄草中进行TaCOL6基因过表达验证,发现转基因短柄草的开花时间明显早于对照植株,说明TaCOL6基因正调控植物生育期,促进成花转换。3.通过酵母单杂交和凝胶迁移(EMSA)验证,证实了TaCOL6蛋白可以与FT1启动子的CORE box结合,驱动FT1基因表达。当用SFS1种群产生基因突变的TaCOL6基因表达的蛋白作为目的蛋白利用EMSA技术验证能否与FT1启动子CORE box结合时,结果显示突变后的TaCOL6蛋白与FT1启动子CORE box结合能力变低,说明TaCOL6该位点的突变导致其驱动FT1表达从而促进开花的能力减弱,揭示该基因的突变是SFS1群体晚花的重要原因之一。4.为了验证TaCOL6在小麦生育期中的调控功能,本研究在六倍体小麦中进行了超量表达转基因功能验证,发现正常条件下,小麦转基因植株未表现出明显早花的功能,与转基因短柄草中的表型相悖,然而在干旱条件下转基因小麦植株花期明显早于对照植株,暗示该基因在小麦背景下调控早花的功能被干旱环境诱导。5.为了进一步探明TaCOL6干旱环境下诱导早花的分子机制,我们利用酵母双杂交技术和双分子荧光互补技术,证明了TaCOL6基因与公认的参与逆境胁迫调控的NF-Y家族的部分基因具有互作关系。6.利用不同小麦微核心种质进行研究后发现,该基因在7B染色体上存在明显的单倍体型差异,通过调查基因型与表型的关联分析发现,TaCOL6基因不只参与小麦生育期调控,且与小麦抽穗整齐度有明显关联,初步证明其有潜力应用于小麦分子育种,以精准调控小麦生育期和穗层。