光周期反应决定小麦抽穗开花时间,是小麦重要发育特性之一,对小麦的生态分布、产量、品质有重要影响。了解不同小麦品种的光周期发育特性、遗传基础及光周期开花途径分子调控机制,有助于从分子水平进一步对小麦品种实现定向改良。试验分析了来自不同生态区的8个小麦品种光周期反应特性及光敏性不同品种携带光周期基因等位差异和序列特征,同时采用荧光定量PCR方法对光周期开花途径关键基因的表达特性进行分析,采用Illumina/Solexa基因测序技术完成光周期发育转录组文库构建及数字基因表达谱差异分析,主要结果如下:1不同生态区小麦品种光周期反应类型的差异在人工控制光周期条件下对我国不同生态区的8个普通小麦品种光周期发育特性分析表明,宁春36、新冬18和肥麦对光周期非常敏感,6 h光周期条件对各个发育时期均产生强烈抑制作用,随着发育进程推进,抑制作用增强,不能正常开花;12 h光周期条件对抽穗之前发育产生抑制作用,抽穗之后发育不受影响。辽春10号、豫麦18、华南T2003、京841对光周期不敏感,在长短光照条件下均能够正常抽穗开花,但不敏感程度存在差异。其中辽春10号、豫麦18和华南T2003不敏感性最强,长短光照条件下抽穗开花时间差异最小;12 h和6 h短光照条件分别对二棱期和雌雄蕊之前发育有抑制作用;京841不敏感性较弱,长短光照条件下均能正常开花,6 h短光照对雌雄蕊发育产生抑制。绵麦37表现弱敏感,在6 h光照条件下,各个发育时期进程受到抑制,不能正常开花,但12 h短日照只对二棱期之前发育产生抑制作用。2不同光周期反应类型品种携带Ppd-1等位基因的差异对8个光周期反应差异小麦品种携带光周期基因Ppd-1等位差异分析结果显示,在8个品种中,Ppd-A1和Ppd-B1位点均属于光周期敏感类型,Ppd-D1位点等位类型存在差异,不同品种光敏性差异主要由Ppd-D1等位类型差异决定。宁春36、新冬18和肥麦对光周期敏感,均携带Ppd-A1b/Ppd-B1b/Ppd-D1b基因型;辽春10号、绵麦37、豫麦18、华南T2003和京841对光周期不敏感或弱敏感,均携带Ppd-A1b/Ppd-B1b/Ppd-D1a基因型。3不同光周期敏感品种Ppd-D1基因存在新的突变位点对4个光周期反应差异品种Ppd-1基因编码区序列分析表明,A基因组中,京841Ppd-A1 c DNA和基因组序列与其他品种序列差异较大,出现多处点突变,但没有影响到功能蛋白。B基因组中,宁春36和京841Ppd-B1 c DNA序列分别存在一个点突变,导致预期蛋白发生改变,但对蛋白功能域没有造成影响;D基因组中发现2个新的突变:宁春36和肥麦Ppd-D1 c DNA分别存在点突变和5 bp序列缺失,均导致翻译提前终止和预期蛋白CCT功能域缺失;辽春10号序列存在A/G点突变,导致CCT功能域氨基酸(谷氨酸/甘氨酸)的改变,推测这一突变可能与光周期不敏感强度相关。宁春36Ppd-D1第七外显子出现8 bp插入序列,与其他品种存在较大差别,推测可能与光周期敏感强度相关。Ppd-1基因组序列在A组和B组品种间一致性也非常高,但Ppd-D1基因组序列品种间存在差异,进一步说明了D基因组是光周期调控响应的重要遗传基础。另外,三个基因组均存在m RNA选择性剪接现象。4不同光敏性品种Ppd-D1基因及光周期开花途径关键基因短日条件下节律表达特性在不同光周期条件下,对不同类型品种Ppd-D1基因及光周期开花途径相关基因节律表达特性分析表明:在6 h光照条件下,品种宁春36和肥麦Ppd-D1b基因在3 h时达到表达高峰,其他时间基因表达量很低。辽春10号和京841Ppd-D1a基因节律表达失常,在光照开始前后表达量最高,其他时间保持在中等水平持续表达。Ppd-D1a植株中Ta GI表达下调,表达高峰时间没有影响;Ta CO表达下调,到达高峰时间提前,Ta FT表达量升高。推测Ppd-D1a基因表达异常,导致Ta CO表达量和表达峰值双重改变,从而上调FT的表达,促使植株短日照条件下开花提前。5不同光敏性品种光周期相关基因的表达差异采用Illumina/Solexa基因测序技术,对2个光周期反应差异品种辽春10号和京841进行光周期发育转录组文库构建和数字基因表达谱差异分析,转录组文库共得到了93003条Unigene序列,比对到了72455条同源信息。基因功能分析注释到56868条COG蛋白功能定义,涉及COG功能的25个类别;GO功能定义有38062个,包括GO三大功能分类内的61个功能亚类;另外有32021个转录物共注释到127个Pathway信息。通过文库信息对两个品种不同光周期条件下数字基因表达谱差异表达基因分析及功能注释显示,两个品种长短光条件下差异表达基因数量分别达到2495个和2346个。在短光照条件下,两个品种之间差异表达基因数量有1772个;在长照光条件下,两个品种之间差异表达基因数量有3455,而且上调表达与下调表达基因数量各不相同。2个品种差异表达上调基因和下调基因功能分类分别涉及到GO功能分类三大类别的38个和34个亚类别,差异最大的功能类别主要集中在细胞组分类别中的胞外区部分、膜附着亚类,分子功能类别中的酶调节器、转录调节、分子传感和翻译调节亚类别以及生物学功能类别的免疫系统过程、复制和节律性过程等亚类。差异表达基因的Pathway功能富集通路主要是光合天线蛋白、核糖体、光合作用和次生代谢产物的生物合成等。试验结果将为小麦光周期调控分子机制研究提供重要信息。