的影响rht17.结合Vrn-B1和Ppd-D1黑土和非黑土地区小麦农艺性状的等位基因

背景

株高是小麦重要的性状，受多种基因调控，其中rht.是最有价值的。在小麦、Rht-B1p（=rht17.）是一种突变等位基因rht.该基因编码一种della蛋白，导致赤霉素不敏感的植物发育为矮化表型。矮化基因对产量的多效效应在很大程度上取决于遗传背景和环境条件。在俄罗斯，中央非黑土区和克拉斯诺达尔边区是两个经济重要地区，需要不同的管理，以实现粮食、饲料和工业的可持续小麦生产。我们研究的目的是比较多效作用Rht-B1pF_3:4春天面包小麦克里斯突变体/新西伯利亚群岛67的家庭Vrn-B1a/vrn-B1(春/冬表型)和Ppd-D1a/Ppd-D1b（对光周期的不敏感/敏感性）在莫斯科和Krasnodar Krai的场实验中的等位基因。

结果

株高平均降低21 厘米（28%）和25% cm（30%）；Ppd-D1a略微加强莫斯科的矮化效果，并在克拉斯诺达尔克莱下减轻了它。主要尖峰的粒重减少了Rht-B1p在莫斯科和克拉斯诺达尔;Ppd-D1a和Vrn-B1a倾向于部分补偿Krasnodar Krai的损失。千粒重平均降低5.3% g（16%）和2.9% g（10%）分别在莫斯科和克拉斯诺达尔克拉伊，但部分由Ppd-D1a在克拉斯诺达尔Krai。收获指数增加的原因是Rht-B1p莫斯科和克拉斯诺达尔克拉伊分别下降了6%和10%。Rht-B1p导致在莫斯科的行程推迟了1-2天。Ppd-D1a加速航向1 第二天和第六天 分别在莫斯科和克拉斯诺达尔克拉伊停留了几天。

结论

Rht-B1p可与矮化基因一起引入小麦育种，如Rht-B1b和Rht-D1b．应特别注意其组合Ppd-D1a和Vrn-B1a作为发育速率的调节者，不良影响的补偿者Rht-B1p论积极效应的生产力和增强剂Rht-B1p关于收获指数。

小麦是一种重要的粮食作物，也是人类热量的主要来源之一。20世纪40 - 70年代农作物产量显著增加的主要原因，即所谓的“绿色革命”，是半矮秆小麦品种(身材较矮)通过等位变异的渗入而发展出来的rht.基因,包括Rht-B1b,它们决定了植株高度并导致半矮化表型。由于这些等位基因的表达，在灌水和高剂量氮肥条件下，通过更好的抗倒伏能力，增加每穗粒数和单位面积粒数，提高了籽粒产量。

野生型等位基因rht-a1a，rht-b1a，和Rht-D1a编码通过赤霉素信号通路负调控抑制植物细胞生长的DELLA蛋白，同时通过赤霉素的活性形式促进DELLA蛋白的降解[1.］．野生型等位基因的表型表现Rht-B1a是一种高大的植物；目前已知该基因至少15个等位基因，其中Rht-B1c导致矮化表型，Rht-B1b、Rht-B1e、Rht-B1f、Rht-B1h、Rht-B1p半矮状表型，而植物Rht-B1g, Rht-B1i-1与野生型等位基因相比，是高大植物（过度生长突变体）Rht-B1a[2.,3.,4.,5.,6.］．等位基因Rht-B1b和Rht-B1e含有一个提前终止密码子，该密码子被认为会导致一种对蛋白水解有抵抗力的DELLA蛋白的翻译，从而永久性地抑制细胞生长[2.,7.］．因此，这种突变引起的植物矮化Rht-1基因不能通过使用外源赤霉素(GA)来补偿。以前我们已经证明了矮化等位基因以前被命名为Rht17,现在指定了Rht-B1p,还含有一个单核苷酸取代，导致过早的止脚密码子，因此这可能对其他GA不敏感等位基因有类似的作用机制Rht-B1．

尽管在GA - 不敏感等位基地的作用机制中存在相似之处Rht-B1遗迹，它们对遗传区域的植物高度和分布的影响差异很大[2.,5.,8.,9,10］．高度的过高降低是由Rht-B1c(约50%)，这抑制了它在繁殖实践中的广泛使用[11,12］．最常见的Rht-B1b矮化等位基因导致植株高度在10-25%范围内中度下降[13,14,15］．在南欧局部分布的是等位基因Rht-B1d，使身高减少10-17% [12,16];在东欧，Rht-B1e降低高度30%[8.,17,18];在中国,Rht-B1h产生10%的高度减少(2)Rht-B1p等位基因，在面包小麦的植被试验中株高降低的效果为30-33% [7.,19]. 众所周知，继承Rht-B1p，类似于具有中等效应的矮化等位基因，Rht-B1b和Rht-B1e,部分隐性相对于显性的野生型等位基因Rht-B1a[7.,20,21,22］．

矮化等位基因不仅对株高有影响，而且对植株发育时机和生产力要素也有多效性影响。在矮生植株中，同化物分配得到改善，使小花数量增加，从而增加穗粒数，提高收获指数[11,23]. 然而，遗传不敏感是由一些矮等位基因引起的Rht-B1导致小植物长度的减少从19〜27％的长度降低，这可以防止土壤水分不足的区域中的深度播种[19,24,25,26];以及质量较低的谷物的发育[15,27］．矮生植物基因的作用取决于天气、气候条件以及遗传背景[13,15,17,27］．因此，可以预期不同矮化等位基因的影响Rht-B1在不同的生长条件下和不同的遗传环境中，生产力元素的基因座也将不同。的效果Rht-B1p关于春面包小麦的作物结构因素尚未得到研究，需要进一步研究。

茎伸长、抽穗和开花等发育阶段的开始时间是小麦的重要适应性状，受三种不同的信号途径控制：春化(VRN)、光周期(PPD)，以及提早本身(每股收益)（路径）[28,29,30]. 因此，这些基因等位基因的最佳组合在形成最适合和适应农业气候区域的植物物候类型中起着主要作用。

VRN-1编码MADS-box转录因子的基因参与调控根尖从营养期到生殖期的转变[31,32]. 这三个同源基因的VRN-A1，VRN-B1和VRN-D1分别位于染色体5A、5B和5D上，VRN-A1对表型有最强烈的影响，并有上位性影响相对VRN-B1和VRN-D1．这些基因等位基因的野生型与冬季生长习性(隐性)有关vrn-A1, vrn-B1和vrn-D1）.这些位点上的显性等位基因导致春季型生长习性(这些植物在不暴露于低正温度的情况下就会过渡到生殖阶段)，并且启动子和/或与野生型等位基因相关的第1内含子发生突变[33,34,35,36］．在包括寒冷气候的地区，包括西部和西伯利亚，春小麦与春草习惯相关的主要等位基因（Vrn-A1a结合Vrn-B1a或Vrn-B1c)，这种结合使植物在一个相对较短的营养期后完成其生命周期，并逃脱秋天的霜冻[37,38,39］．在南纬地区，具有一个等位基因的品种Vrn-B1a或Vrn-D1a因为它们成熟得晚，所以具有一定的优势，并且更长的营养期可以提供更高的产量[37］．

一般来说，春小麦是一个漫长的植物。除了VRN基因，小麦抽穗期也由等位基因条件决定产后抑郁症调节植物对光周期敏感性的基因。此外,，产后抑郁症基因可能是参与光感的其他基因的调节元件(凤凰,PHYB.,PHYC.）和开花的开始（VRN-1,TaFT1) [40,41,42］．根据这些基因对植物发育速度的影响，它们之间的相互关系如下:Ppd-D1(强烈的影响)>Ppd-B1>PPD-A1（影响弱）[43,44,45,46］．的显性等位基因Ppd-D1a作为对光周期的不敏感性的主要来源，这使得植物在短时间内的最佳时间。结果，这种等位基因在南欧的小麦中常见，在那里暴露在短日情况下[37,47］．在日照时间较长的地区，这种等位基因没有显著的适应优势，而且极为罕见;的Ppd-D1b等位基因在这些地区最普遍存在[37,38］．

的变化Rht, VRN，及产后抑郁症基因可以成为育种者调整特定农业生态条件表型的工具，包括土壤类型、温度、降雨和日照时间。已知各种等位变异Vrn和产后抑郁症不仅影响小麦物候期的持续时间和对温度和光照条件的敏感性，而且影响植株高度和生产力因素[48,49,50,51]. 因此，结合这些基因的不同等位基因变体是开发最适合当地条件的小麦品种的一种方法，这些条件包括秸秆高度、温度和日照时间的要求，以及在开花、抽穗、成熟和收获谷物期间避免不利条件的能力。

为确保俄罗斯各地区的经济稳定，必须发展本国的农业生产，特别是小麦，向国内外市场供应小麦用于烘焙、牲畜饲料以及淀粉和酒精生产。俄罗斯领土的特点是多种多样的农业气候条件。有些地区更适合种植冬小麦，有些地区更适合种植春小麦。春小麦占俄罗斯小麦种植面积的一半，占小麦总收成的三分之一。对于特定的农业气候条件，重要的是选择秸秆高度和抽穗/开花时间的组合，以使植物能够逃避干旱或霜冻形式的胁迫条件，同时提供最大可能的最佳品质的作物。

我们工作的目的是研究多效性效应Rht-B1p等位基因(与Rht-B1a与春化基因等位基因互作的主要经济显著性状VRN-B1以及对光周期的敏感性Ppd-D1在春天烤小麦。在野外实验中，我们选择了两个条件对比鲜明的地区:莫斯科和克拉斯诺达尔。这些地区的特点是农业气候条件截然不同。莫斯科日平均气温超过10°C的持续时间不超过138-140天，而克拉斯诺达尔地区的持续时间为180-187天。莫斯科的土壤是草木灰化土，克拉斯诺达尔的土壤是黑土。尽管这两个地区每年经常有充足甚至过多的降雨，但这些地区的气候特点是急剧波动和不可预测的干旱。

的等位基因状态Rht-B1,Rht-D1,Rht-8,Ppd-D1,VRN-A1,VRN-B1，及VRN-D1通过分子分析揭示了．亲本植物具有以下基因型：Chris突变体: Rht-B1p Rht-B1p\铬Rht-D1a Rht-D1a\铬rht-8a rht-8a\铬Ppd-D1a Ppd-D1a\铬Vrn-A1a Vrn-A1a\铬vrn-B1 vrn-B1\铬VRN-D1 VRN-D1;Novosibirskaya 67：Rht-B1a Rht-B1a\铬Rht-D1a Rht-D1a\铬rht-8a rht-8a\铬Ppd-D1b Ppd-D1b\铬Vrn-A1a Vrn-A1a\铬Vrn-B1a Vrn-B1a\铬VRN-D1 VRN-D1。因此，在F_3:4来自交叉Chris突变体/新西伯利亚67的家族，在以下三个位点发生分离：Rht-B1(Rht-B1a/Rht-B1p），Ppd-D1(PpdD1a/PpdD1b） 和VRN-B1(Vrn-B1a/vrn-B1）.为了便于描述农艺性状的结果和比较值，我们对所研究的等位基因采用以下缩写:

Rht-B1a- R(高大植物，显性等位基因)。

Rht-B1p- r(半矮秆植物，隐性等位基因)。

VRN-B1а.- V(春季习性，显性等位基因)。

vrn-B1–v（冬季习性，隐性等位基因）。

Ppd-D1a- p（Photoperiod不敏感，主导等位基因）。

Ppd-D1b–p（光周期敏感隐性等位基因）。

表中列出了用于比较和描述所揭示表型效应的基因型的缩写1.．

株高、节间长和秆重

在莫斯科和克拉斯诺达尔，植物纯合之间的高度差异显着Rht-B1p侏儒等位基因（半矮叶植物）和纯合的野生型等位基因植物Rht-B1a(高的植物)。Rht-B1p，与野生型等位基因相比，在莫斯科平均降低21厘米(28%)，在克拉斯诺达尔平均降低25厘米(30%)1.表S1）。同时，具有RRVV和RRVV基因型之间的植物之间的高度差异为25.5cm（33％），以及春草习惯等位基因的家庭中Vrn-B1a(RRVV和RRVV)，莫斯科为19.9 cm (27%);克拉斯诺达尔为28.5 cm(34%)和25.2 cm(30%)。对不同光周期敏感性植株高度的双向方差分析表明，在莫斯科地区，RRpp与RRpp植株高度差为18.9 cm (25%)， RRpp与RRpp植株高度差为19.9 cm (27%);克拉斯诺达尔为32.6 cm(38%)和25.2 cm (30%)2.， 图。1.）.

整个植物高度的降低是由于每个个体间的长度显着降低;然而，花梗（第一上部末端）的长度最强烈地变化。在植物纯合的Rht-B1p在莫斯科和克拉斯诺达尔分别短10.6 cm(32%)和12.1 cm (34%)Rht-B1a在相同条件下生长2.）.

在我们的研究中，小麦植株在主茎上有4到5个可见的(伸长的)节间;而在莫斯科，37%的高株(RR)和20%的半矮株(RR)有5个节间。莫斯科试验中7%的株高变异可以用节间数来解释。在克拉索达尔，高株(RR)和半矮株(RR)中，主茎5个节间分别占91%和63%。在克拉斯诺达尔试验中，节间数量解释了15%的株高变异。

显性等位基因的存在Vrn-A1a所有被研究的小麦植株的基因都意味着它们都有春天的习性。然而，其中却存在着种族隔离VRN-B1基因，理论上可以影响植物的发育速度和其他重要农艺性状。在我们的研究中，有和没有显性等位基因的家庭Vrn-B1a（促进春季习惯），在莫斯科或克拉斯诺达尔的植物高度中彼此没有显着差异（附加文件1.表S1）。

基因等位基因的变异Ppd-D1调控植物对日照长度反应的基因对株高的影响较小。在莫斯科,Ppd-D1a显示了植物高度下降的趋势，而在克拉斯诺达尔(短日照时间)，它轻微增加高度(附加文件1.表S1）。然而，这种高度上的差异在田间试验中并没有起主要作用。二者交互作用的双向方差分析Rht-B1和Ppd-D1在莫斯科发现植物之间的高度没有显着差异。在Krasnodar，在矮化等位基因的背景下Rht-B1p，在对日照不敏感的等位基因作用下株高的增加，Ppd-D1a,为6.3 cm(12%)(表2.）.

半矮化的植物具有自然较小的茎生物量。在植物携带Rht-B1p与植物相比Rht-B1a，这两个地区的秆生物量平均为0.5克，分别占莫斯科和克拉斯诺达尔的这种性状降低了22％和14％。替代工厂之间秆生物质的统计学显着的表型差异VRN-B1等位基因没有透露。在莫斯科,Ppd-D1a将秆生物质减少0.2g;然而，在考虑到特定差异的双向分析时，未观察到这种效果Rht-B1 / Ppd-D1(表2.，附加文件1.表S1)．

穗的结构和生产力

在单向分析中，植物具有Rht-B1p矮化等位基因与高大植株相比具有更短、更紧凑的穗。而具有光周期不敏感等位基因的植物，Ppd-D1a,比具有对光周期敏感的基因型的植物具有较少的尖峰致密度。长度与尖峰致密度与尖峰之间的关系及等位基因VRN-B1基因作为一个整体并不表现出单一的趋势，而是取决于生长区域和基因型Rht-B1基因。对莫斯科学习基因中的尖峰致密度的最强烈影响来自Rht-B1而在克拉斯诺达尔Ppd-D1基因(附加文件1.表S5）。

在莫斯科(0.24 g, 20%)和克拉斯诺达尔(0.09 g, 6%)，与高大植株相比，半矮秆植株的主穗产量(每主穗粒重)平均较低。只有在克拉斯诺达尔边界的短日条件下，该等位基因的光周期不敏感Ppd-D1a有助于减轻……的负面影响Rht-B1p关于尖峰生产力（附加文件1.表S2)。在克拉斯诺达尔，具有光周期不敏感等位基因的植物科Ppd-D1a，峰值生产力的下降与Rht-B1p为6%（0.08%） g） ，而在没有Ppd-D1a，为15% (0.21 g)。在莫斯科的条件,Ppd-D1a对穗生产率没有影响。不同等位基因的植物VRN-B1基因在穗产量上无显著差异(表3.）.

耳朵的生产率取决于晶粒的数量和1000颗粒的平均重量。在Krasnodar，植物具有研究的不同等位基因Rht-B1，Ppd-D1，及VRN-B1每穗粒数差异不显著。在莫斯科，等位基因Ppd-D1每穗粒数减少3-4粒（9%）（附加文件1.表S2)。平均来说，植物携带Vrn-B1a和vrn-B1每小穗粒数无显著差异，但显性等位基因Vrn-а1а降低了矮株和高株之间的对比，产生了5%(1-2粒)的RRVV相对于RRVV(含Vrn-B1a)，而RRvv比RRvv减少17%(6粒)vrn-B1）. 所研究的等位基因对千粒重的影响与上述对整个穗生产力的影响相似。在莫斯科,，Rht-B1p显著且独立于等位基因条件VRN-B1和Ppd-D1基因，降低了16-18%的生产力。但在克拉斯诺达尔，出现了Ppd-D1a等位基因倾向于减轻负面影响Rht-B1p．因此，矮化等位基因Rht-B1p在没有等位基因的情况下Ppd-D1a导致千粒重下降13% (RRpp和RRpp)，但存在等位基因Ppd-D1a，仅8％（RRPP和RRPP）（表3.）.

因此，等位基因对光周期不敏感Ppd-D1a和Rht-B1p,在我们的实验中显示出对1000粒重和每穗粒重的相反影响，这使我们能够考虑。Ppd-D1a作为补偿的负面影响Rht-B1p克拉斯诺达尔条件下的植物生产率。而且，两个等位基因，Rht-B1p和Ppd-D1a，与野生型等位基因相比，有增加收获指数的趋势Rht-B1a和Ppd-D1b（附加文件1.表S3)。

航向，有效温度和日照时间的总和

在莫斯科，半矮生植物科(rr)的抽穗期略晚于高生植物科(rr)Vrn-B1a．此外，SEMI-DWARF植物（RR）在家庭中Vrn-B1a等位基因对抽穗的有效温度(> 10°C)和有效光日数(> 12 h)的要求分别比直立植株(RR)高5倍和3%。在克拉斯诺达尔气候条件下，家族间等位基因的纯合性无差异Rht-B1和VRN-B1基因(表4.）.

在莫斯科，对互动的双向分析Rht-B1和Ppd-D1显示，在半矮人植物（RR）中，与具有光周期敏感性等位基因相比的高高植物（RR）相比，稍后一点Ppd-D1b和光周期不敏感等位基因Ppd-D1a．半矮植物(rr)的活跃温度和日照时间之和比高植物(rr)平均高4和3%。携带不敏感等位基因的高大植物Ppd-D1a（RRPP）比具有光周期敏感等位基因（RRPP）的人更早的比特，他们对活性温度和光日之和分别下降3％和2％（表4.）.

在克拉斯诺达尔条件下，不同等位基因的纯合植株抽穗期存在显著差异Ppd-D1．家庭与之Ppd-D1a不敏感等位基因出现的时间较早Ppd-D1b敏感性等位基因，高株(RRPP和RRPP)间差异为7天，半矮秆(RRPP和RRPP)间差异为5天。此外，在光周期不敏感等位基因的存在下，Ppd-D1a，对活性温度和光日的需求分别降低了13％和10％（表4.，附加文件1.表S4）。

基因相互作用分析

为了鉴定研究基因的等位基因状况之间最重要的关系，我们对每对基因进行了成对的回归分析：Rht-B1和VRN-B1,Rht-B1和PPD-D1，对于场实验的每个区域。相关系数Rht-B1在对比的两对比较恰逢实地实验的每个区域内或非常接近，所以我们在此显示相关系数的平均值（表5.）.

在莫斯科，发现了一种强烈的负相关Rht-B1p在基因型和株高(解释50%的变异性)。有中度负相关的存在Rht-B1p主茎重、第一节间长、千粒重(变异性的20%)、主茎营养部分、主穗粒重(变异性的8%)。中度正相关的存在Rht-B1p活动温度和活动日照时间之和的要求，以及抽穗期(变异性的20%)。为Ppd-D1a，与活动温度、活动日照时数和抽穗期的总和要求(变异性的12%)呈中度负相关(见表)5.， 图。2.）.

在Krasnodar中，在存在的情况下显示出强的负相关Rht-B1p在植物基因型、株高（解释81%的变异性）和花序梗长度方面；两组之间存在中度负相关Rht-B1p和1000粒重量（占变异性的9％）和节间的数量。在存在之间适度的阴性相关性Ppd-D1a活性温度、活性日照时数和抽穗期的总和(变异性的40%)和小穗数(变异性的40%)的要求也被揭示(表)5.， 图。2.）.

因此，在莫斯科和克拉斯诺达尔，除了植物高度的降低，Rht-B1p对千粒重有负面影响。存在的关联Rht-B1p莫斯科每种主要穗的谷物重量在克拉斯诺达尔中温和。存在的关联Rht-B1p每个主要尖峰的谷物数在田间实验的两个地区都薄弱。因此，在Krasnodar携带的春小麦植物的选择Rht-B1p，千粒重和每主穗粒数有轻微下降的可能性更大，作为相关性存在Rht-B1p而且这些特征很弱（表1）5.， 图。2.）.

主成分分析(PCA)执行Rht-B1p和Vrn-B1a展示了以下趋势（图。3.a和c）。的Rht-B1p与株高(PH)矢量方向相反;“RR”族(空圈和填充圈)位于PH向量(植物高度)附近，通常被描述为高大的植物。相反，“rr”族(半圆和一个点)在相反的方向，靠近Rht-B1p矢量。如图中的双图所示。3.a (Moscow)，最多产的圆(即接近载体GW, GN, W)是黑圆(RRvv)和带点(RRvv)，即具有隐性的植物vrn-B1等位基因。同时，在Krasnodar的双标图中，无法观察到与生产力要素向量相关的圆圈分布趋势（图。3.C）。另外，对于基因型组检测用于相对于标题日向量（H）的用于散射的图案。因此，在莫斯科的生产半矮种植物的选择在植物中更为可实现VRN-A1 / VRN-B1等位基因，在克拉斯诺达尔，有两种变异的VRN-A1 / VRN-B1和Vrn-A1 / Vrn-B1a等位基因。

主成分分析之间的相互作用Rht-B1p以及光周期不敏感等位基因Ppd-D1b展示了以下趋势（图。3.b和d):Rht-B1p和植物高度（PH）矢量方向相反；”RR“族（空的和填充的圆圈）位于PH向量（植物高度）附近，通常将其描述为高大植物。相反，“rr”族（半圆和带点）位于相反方向，靠近Rht-B1p矢量．如在图1中的双针中可以看到的那样。3.b，最高产(即接近向量GW、GN、W)的是黑圆(RRpp)和带RRpp的;也就是说，有敏感等位基因的植物Ppd-D1b．然而，在图中的双图中。3.d (Krasnodar)，最多产的家庭由空(RRPP)和半(RRPP)圆代表;也就是不敏感的植物Ppd-D1a．因此，在具有光周期敏感等位基因的家族中，更有可能选择高产的半矮秆植株Ppd-D1b在莫斯科，以及光周期不敏感的等位基因Ppd-D1a在克拉斯诺达尔。

在小麦育种中应用新的矮化等位基因，结合春化和光周期敏感性等位基因，可以扩大该作物对各种栽培条件的适应性。小麦的产量在很大程度上是由其等位变异的组合决定的rht.,Vrn和产后抑郁症将一些作者称为“核心基因”或“适应基因”[52,53］．在我们的研究中，我们评估了新的矮化等位基因的表型Rht-B1p春化基因等位基因在春面包小麦中的组合VRN-B1以及光周期敏感基因Ppd-D1在两个地区，莫斯科和克拉斯诺达尔，在日光和土壤和气候条件的长度中不同。在我们的研究中，半侏儒设备中有价值的农艺性状的变化Rht-B1p等位基因与表型表现相关的等位基因Ppd-D1a和Ppd-D1b等位基因比与之相关的等位基因更多样化Vrn-B1a和vrn-B1等位基因。较强的表型效应Ppd-D1在克拉斯诺达尔可以解释为短日照条件下，光周期不敏感基因的影响变得明显。在莫斯科漫长的一天的条件下，这种基因的等位基因条件的影响是不明显的。

在GA - 不敏感的矮化等位基因中Rht-B1，最常见的等位基因是Rht-B1b．的效果Rht-B1b对株高的影响得到了很好的研究，其变化范围为10-25% [14,15,27,54,55]. 在我们的研究中，具有等位基因的植物之间的高度差异Rht-B1p和Rht-B1a范围在27%到34%之间。这两者之间的高度差Rht-B1p和Rht-B1a纯合子植株与F_2.营养实验(7.]，以及在比较突变体的突变体形式时Rht-B1p(以前designtedrht17.)，与原始小麦品种克里斯[19]. 值得注意的是Rht-B1p在株高上可与Rht-B1e．对等位基因的核苷酸序列分析表明，位点突变引起的终止密码子在附近Rht-B1e和Rht-B1p[7.，这可能是这些等位基因表型表现相近的原因。的Rht-B1e从俄罗斯南部采集的样本中，有16.5%的样本检测到等位基因[8.］．Rht-B1p可用于育种与Rht-B1e，在替换了Chris突变体的负遗传背景后。

在我们的实验中Ppd-D1a等位基因对株高没有统计学上显著的影响，尽管我们在莫斯科的实验中确实注意到株高有降低2-5%的趋势。在克拉斯诺达尔的一项田间试验中，半矮秆植物携带Rht-B1p等位基因的Ppd-D1a比等位基因的那些更高Ppd-D1b增加12%；也就是说，对光周期不敏感的等位基因的作用与Rht-B1p. Li等人（2013）表明Rht-B1h等位基因仅在植物中降低了植物高度Ppd-D1a等位基因(2.]. 根据公布的数据,，Ppd-D1a将高度降低4–15%[9,17,49,50,51,56］．有一种假设认为Ppd-D1a是由于它与RHT-8C.矮化等位基因，因为这种等位基因还导致光周期不敏感性和加速开花和前线[50］．但是，我们已经表明，两种母体形成携带野生型等位基因rht-8a.，如果存在于基因组中，就会形成高大的植物表型。因此，在我们看来，身高的差异受这个等位基因的影响Ppd-D1a，首先是由于营养阶段持续时间的变化，这反过来导致植物习惯的变化。

在我们在田间实验的两个地区的研究中，每穗穗数与光周期不敏感等位基因之间的薄膜孔之间的负相关性弱Ppd-D1a在植物中被观察到。这一趋势与以前的许多研究一致[43,50,51］．

在我们在莫斯科的研究中，Rht-B1p平均而言，由于每小穗粒数减少，每主穗粒数受到负面影响。此外，这一特征还受到与环境相互作用的影响VRN-B1基因。在克拉斯诺达尔，单穗粒数有增加的趋势，主要是由于单穗粒数和主穗粒数的增加Rht-B1p，但只在基因背景Ppd-D1a和Vrn-B1a. 这表明基因的等位基因之间存在多向相互作用Ppd-D1，Rht-B1和VRN-B1基因，这取决于实验的区域。

在我们的莫斯科野外实验中，光周期不敏感等位基因的负面影响Ppd-D1a显示了每穗的谷物数（显现（降低8-11％，弱但显着的负相关）。相比之下，在克拉斯诺达尔，每穗谷物的谷物数量在半矮人植物中更大Ppd-D1a．许多研究表明Ppd-D1影响千粒重、营养重、收获指数和粮食产量[57,58］．在不同的实验中，光周期敏感性等位基因对每穗粒数和可育花百分率都有负向和正向的影响[50,51,59］．

受Rht-B1p，1000粒重量减少，在PCA总体上尤其明显，其中Rht-B1p与1000粒重矢量方向相反(图2)。3.）.在我们的实验中，在影响的影响下，1000粒重量减少Rht-B1p当比较不同的基因型组时，莫斯科在莫斯科14-18％和9-21％的克拉斯诺达尔。许多研究表明Rht-B1b减少1000粒的重量(或单个粒的重量)，尽管在许多试验中，这种效果在统计上没有显著性[14,15,27,55,60.］．随着株高的降低，小穗上部花的同化物的可用性增加，而在高大的植株中，作为规则，它们不产粒。结果，穗粒数增加。还有另一方面，这导致千粒重的减少，由于同化竞争的加剧，粮食变得更小。此外，这可能是因为作为有机物来源的秸秆本身变得更短，导致籽粒灌浆不足。

我们发现Vrn-а1а倾向于减轻的负面影响Rht-B1p在克拉斯诺达尔的各个地区和1000粒重量中的每穗颗粒数。我们还在两个地区的实验中证明Ppd-D1a能部分补偿的负面影响Rht-B1p按1000粒重计算，克拉斯诺达尔为4-9%，莫斯科为2-5%，这与文献相符[50,51,61.］．

在莫斯科和克拉斯诺达尔，单株纯合子的主穗粒重Rht-B1p与植物纯合子相比，为Rht-B1a．矮化对植株或穗产量的影响取决于大量的多向因素。在Chen等人的研究中[50,51]虽然半矮秆植物与GA敏感基因组合，但在高株植物基因型中观察到最大单株产量Rht-5光周期不敏感等位基因与高植物的产量相同[50］．它应该被认为，尽管高层植物的潜在产量较高，但这并不总是可以实现的，特别是在集约的风险高的强化栽培技术。

开花时间是植物适应各种环境条件的关键因素，是植物生殖发育过程中避免干旱、霜冻或高温风险的关键。ga不敏感的短茎等位基因一般不影响开花时间本身[12,15]. 尽管如此，一些作者观察到了Rht-B1这可能与位于附近的推定基因有关Rht-B1[52,62.］．在具有GA敏感的矮化基因的植物中观察到后来的开花/标题[50,51,63.］．Ppd-D1在克拉斯诺达尔有更大的影响，在哪里Ppd-D1a加速航向5-7天。从文献中可以得知Ppd-D1a短时间加速开花[9,50,64.,65.]，这在我们的实验中也观察到了。

矮化等位基因降低了茎高，从而使穗承担更重的负荷。这反过来又提高了抗倒伏能力，因此，通过更高的播种率，可以增加种植密度，最终提高单位面积的粮食产量。在我们在莫斯科和克拉斯诺达尔的实验中，由于Rht-B1p是非常强烈的(约30%)和额外的影响VRN-B1和Ppd-D1植物高度的等位基因（即使在统计学上显着）也不会改变基因的整体效果。在这方面，相互影响Rht-B1p, VRN-B1和Ppd-D1关于生产力的要素是特别有趣的。

矮化等位基因的负面影响可以通过与春化和日照敏感等位基因结合来克服。稻草的长度是植物发育速度的函数，这取决于组织对激素和环境信号（日长、温度）的反应。调节这些反应的基因的不同等位基因组合可以微调发育阶段并实现最大植物生产力。应该为每个区域单独制定选择正确基因组合的策略。

对莫斯科来说，选择半矮生植物的最有希望的选择将是Rht-B1p + Ppd-D1b．对克拉斯诺达尔来说，选择半矮化高产植物的一个有前途的选择将是组合Rht-B1p + Ppd-D1a．它从以下结果遵循：i）具有不同的置信概率Ppd-D1a对莫斯科的生产率有相当负面的影响，对克拉斯诺达尔有积极的影响(方差分析的结果);(2)莫斯科和克拉斯诺达尔的生产率要素之间呈弱显著负相关，克拉斯诺达尔为正相关Ppd-D1a（回归分析的结果）;和iii）最有生产力的家庭在与之相反的方向上Ppd-D1a方向是莫斯科，方向是Ppd-D1a在Krasnodar（PCA分析的结果）。

影响的差异Rht-B1p莫斯科和克拉斯诺达尔的单穗粒数的变化可以解释为:莫斯科土壤以草皮灰化土、腐殖质贫瘠土壤为特征，而克拉斯诺达尔土壤则是典型的黑钙土。可能,Rht-B1p我们所研究的等位基因只有在土壤肥力较高时才对植株的粒数有积极影响。应该记住，在“绿色革命”期间，矮化等位基因Rht-B1b和Rht-D1b在高剂量肥料、灌溉和精耕细作技术条件下，为了提高产量和抗倒伏性而引进。同样值得注意的是，它的积极影响Rht-B1p在Krasnodar仅在植物中表现出实验Ppd-D1a．

在其对植物高度和生产力要素的影响方面，Rht-B1p接近Rht-B1e，分布在俄罗斯南部地区16.5%的品种中，以及乌克兰的一些品种中[8.,10,18］．因此，Rht-B1p也可以与其他矮化等位基因在克拉斯诺达尔海岸小麦育种中同等使用。

因此，Rht-B1p这会大大降低植物的高度，但也会降低它们的生产力。调节发育类型和对日照长度的敏感性的等位基因可以减轻不必要的表现Rht-B1p在有利地区。同时，在克拉斯诺达尔Rht-B1p和Ppd-D1a影响有价值农艺性状的基因在短日照时最显著。

综上所述，我们估计了Rht-B1p莫斯科和克拉斯诺达尔春季面包小麦农艺价值植物高度与特征。植物高度平均降低21厘米（28％）和25厘米（30％），Ppd-D1倾向于加强莫斯科的矮化效应，减轻克拉斯诺达尔的矮化效应。每主穗粒重降低Rht-B1p在莫斯科和克拉斯诺达尔的程度较小。莫斯科和Krasnodar平均降低了一千粒重量5.3g（16％）和2.9克（10％）。由于成本增加了收获指数Rht-B1p莫斯科和克拉斯诺达尔的平均增长率分别为6%和10%。在克拉斯诺达尔,Ppd-D1a标题6 提前几天，部分补偿了由于干旱造成的每主穗粒重和千粒重损失Rht-B1p．在半矮生植物中Rht-B1p,最富有成效的是家庭Ppd-D1b在莫斯科和Ppd-D1a在克拉斯诺达尔。在其对植物高度和生产力要素的影响方面，Rht-B1p接近Rht-B1e,分布在俄罗斯和乌克兰南部地区的品种中。因此Rht-B1p在克拉斯诺达尔地区的小麦育种中，可与其他矮秆等位基因同等使用。

植物材料

对于最初的植物材料，我们使用F_2.Chris Mutant / Novosibirskaya的人口67，由Nobuyoshi Watanabe教授（农业学院，茨城大学）[7.］．家长植物克里斯突变体（登录号CITR 17,241）和NovoSibirskaya 67（登录号48601）可用于种质研究国际网络，N.I。瓦瓦索夫研究所植物业（Vir）（俄罗斯圣彼得堡）。分析父母植物的以下等位基因rht.,VRN，及产后抑郁症在他们的基因型:Rht-B1a（野生型），Rht-B1b,Rht-B1e，及Rht-B1p为Rht-B1;Rht-D1a（野生型）和Rht-D1b为Rht-D1;rht-8a.（野生型）/RHT-8C.为Rht-8;vrn-A1,Vrn-A1a，及Vrn-A1b为VRNA-1;vrn-B1,Vrn-B1a，及Vrn-B1c为VRN-B1;vrn-D1，及Vrn-D1a为VRN-D1;Ppd-D1a和Ppd-D1b为Ppd-D1（看分子分析和表6.）.以下等位基因状态被揭示:Chris Mutant: Rht-B1p Rht-B1p\铬Rht-D1a Rht-D1a\铬rht-8a rht-8a\铬Ppd-D1a Ppd-D1a\铬Vrn-A1a Vrn-A1a\铬vrn-B1 vrn-B1\铬VRN-D1 VRN-D1;Novosibirskaya 67：Rht-B1a Rht-B1a\铬Rht-D1a Rht-D1a\铬rht-8a rht-8a\铬Ppd-D1b Ppd-D1b\铬Vrn-A1a Vrn-A1a\铬Vrn-B1a Vrn-B1a\铬VRN-D1 VRN-D1。因此，f_2.种群Chris Mutant/Novosibirskaya 67分离在流动的三个位点:Rht-B1(Rht-B1a/Rht-B1p），Ppd-D1(PpdD1a/PpdD1b),VRN-B1(Vrn-B1a/vrn-B1）.

F_2.Chris突变体/Novosibirskaya 67的群体以每盆10粒的速度种植在花盆中，并在相同的照明条件下，通过定量浇水和施肥在温室中生长。等位基因状态Rht-B1每个F_2.植物(见分子分析和表6.）.植物纯合子Rht-B1p和Rht-B1a当他们实现完全成熟时，手动选择和撕裂。F.的种子_3.，从个体F_2.植物被归为一个家族。每个家庭被分成相等的两部分，在莫斯科和克拉斯诺达尔两个气候区进行田间小区试验。在生长过程中，对于每一个F_3.植物的等位基因Rht-B1,VRN-B1иPpd-D1使用分子标记进行鉴定（参见分子分析和表6.）.

分子分析

用CTAB法从叶片中提取基因组DNA[73.］．反应体积为25 μL，含70 mM Tris-HCl缓冲液(pH 8.6)、16.6 mM (NH4)_2.所以_4.， 2.5 mM氯化镁_2.，每个dNTP 0.2 mM, 10%v/v二甲基亚砜，0.3 μM正向和反向引物(Sintol Ltd.， Moscow, Russia)， 1.25 U的有色taq -聚合酶(Sileks Ltd.， Moscow, Russia)和100 ng模板DNA。PCR条件参照分子标记作者推荐的方法6.）.PCR反应在Geneamp PCR系统9700中进行（应用生物系统，福斯特城，加利福尼亚，美国）。使用泛素100bp DNA梯子（Thermo Fisher Scientic，Waltham，Massachusetts，Massachusetts，Massachusetts，USA）在TBE缓冲液中以1.5％琼脂糖凝胶分离为1.5％琼脂糖凝胶作为分子量标记，并用溴化乙锭染色，以便在GEL DOC XR +中随后可视化（Bio-rad Laboratories，Inc。，赫拉克勒斯，加利福尼亚州，美国）。从分子标记中扩增的PCR产物的大小Xgwm261,与Rht-8在基因分析仪ABI-3130XL（美国加利福尼亚州福斯特市应用生物系统公司）中使用片段分析法测量。

现场试验

现场实验是在俄罗斯州农业大学 - 莫斯科蒂里亚特·农业学院，莫斯科（55°50'N，37°33'e，37°33'e，下文中）和在国家中心的土地上的田间实验站grain named after P.P. Lukyanenko in Krasnodar (45°.41′ N, 38°.55′ E, hereafter referred to as Krasnodar) in 2018. The duration of daylight in Moscow was 15:35 at sowing day (May 5), increasing to 17:33 (June 24) and decreasing to 14:49 at the final date of harvesting (August 8); the average daylight duration was 16:40 (long photoperiod). The duration of daylight in Krasnodar was 12:10 at sowing day (March 21) which increased to 15:34 at the final date of harvesting (June 30); the average duration of a day was 14:23 (short photoperiod). Sowing was performed using a breeding cassette drill SKS-6-10 with the following parameters: length of plot 1 m; width of plot, 90 cm; width between the rows, 30 cm (Moscow) or 40 cm (Krasnodar); and distance between the plots, 50 cm. Individual plants were labelled and one leaf from each plant was used for DNA extraction to determine the allelic state ofVRN-B1和PPD-D1，以及对等位基因状态的验证Rht-B1（看分子分析和表6.）.这些地块用杀虫剂处理害虫，人工清除杂草。每个家庭的植物都是在完全成熟时人工收割的(莫斯科的8月8日，克拉斯诺达尔的6月30日)。钉鞋使用钉鞋脱粒机MKS-1 M (MZOK公司，莫斯科，俄罗斯)脱粒。表中显示了2018年莫斯科和克拉斯诺达尔的天气情况7.．

表型

在莫斯科和克拉斯诺达尔分析了总共82个家族（1035株植物）和73个家族（731株植物）。在每个植物中测量以下特征：植物高度（pH，cm），每个节间（cm）的长度，节间数（in），主尖峰长度（msl，cm），每个主要尖峰（sn），主穗重量（MSW，G），主要尖峰（MCW，G），每个主要尖峰（GW，G）的粒重和每个主要尖峰（GN）的晶粒数。计算下列参数为每个植物计算：钉紧凑率（SC，每10厘米的主要尖峰长度的尖峰数），主要拍摄生物量（MSB，MSW和MCW，G），每个小穗的晶粒数（GNS，GN除以Sn），千粒重（W，千元，除以GNS，G）和收获指数（HI，GW除以MSB）。当不低于80％的植物来标题时，每个家庭记录标题日期，并基于这一日期，活动（> 10°C）温度与航向日期的总和（SAT，^○C） 和活动的总和（> 12 h） 计算到抽穗日期的光照日数（SAD，h）。使用种子计数器对种子进行计数[74.］．

统计分析

计算各表型性状在0.01显著水平下的平均值和置信区间。对每个位点的数据进行三次单因素方差分析(Rht-B1,VRN-B1，及Ppd-D1)，并对基因座之间的成对相互作用进行双向方差分析(Rht-B1和VRN-B1,Rht-B1和Ppd-D1）.用极显著性差异(LSD)检验在0.01和0.05(抽穗期)水平上进行平均数之间的比较。相互作用的两两比较Rht-B1和VRN-B1在光周期不敏感等位基因纯合子的家庭中进行Ppd-D1а。相互作用的两两比较Rht-B1和Ppd-D1在纯合子的家庭中进行VRN-B1а.等位基因．使用Statistica 12.0软件(StatSoft, Inc.， Tulsa, Oklahoma, USA)进行方差分析、相关和主成分分析。

本研究期间产生或分析的所有数据均包含在本发表的文章和附加文件中1.. 亲本植物克里斯突变体的种子可从国际种质研究网络获得(https://npgsweb.ars-grin.gov/gringlobal/search.aspx，注册号CItr 17241);亲本植物Novosibirskaya 67的种子可在俄罗斯圣彼得堡的N.I.瓦维洛夫植物工业研究所(VIR)获得(http://db.vir.nw.ru/virdb/maindb.，加入号码48601）。研究具有不同等位基因组合的具有不同等位基因的重组同源族Rht-B1(Rht-B1a/Rht-B1p），PpdD1(PpdD1a/PpdD1b),VRN-B1(Vrn-B1a/vrn-B1）应要求维护和可应要求维护所有俄罗斯农业生物技术研究所（）的索吉指定的M17 / 1-М17/ 81（iab@iab.ac.ru,divashuk@gmail.com)在国家粮食中心以P.P.Lukyanenko命名(kniish@kniish.ru）.

• 2021年1月15日

  这篇文章的修订本已经发表，可以通过原始文章访问。

遗传算法:

赤霉酸

接待员:

Rht-B1a

r:

Rht-B1p

V:

VRN-B1а.

五:

vrn-B1

病人:

Ppd-D1a

p:

Ppd-D1b

PH值:

株高

:

节间数

MSL：

主穗长度

SN：

每主穗的小穗数

垃圾:

主穗重

MCW：

主茎重

温伯格:

每穗粒重

GN:

每主穗粒数

SC:

钉紧凑

MSB:

主要拍摄生物量

畿尼:

每小穗粒数

W:

千粒重

你好:

收获指数

坐:

活动温度(> 10°C)到航向日的总和

悲伤:

到抽穗日活动(> 12小时)轻日数之和

我们非常感谢Carly Schramm对手稿的评论。

关于这个补充

本文已作为BMC Plant Biology Volume 20 Supplement 1, 2020: Selected articles from the 5th International Scientific Conference“Plant genetics, genomics, bioinformatics, and biotechnology”(PlantGen2019)的一部分发表。该补充的全部内容可在网上找到//www.cinefiend.com/articles/supplements/volume-20-supplement-1．

该研究由俄罗斯科学基金会资助，批准号为17-76-20023，主要用于对该基因的等位基因状态进行田间试验、表型分析、统计分析和分子分析rht.相形见绌的基因;Kurchatov Genomics Center of IC&G, agreement no . 075-15-2019-1662 in part of molecular analysis of the等位基因状态VRN春化基因;Kurchatov Genomics Center of All-Russia Research Institute of Agricultural Biotechnology, agreement no . 075-15-2019-1667 in part of molecular analysis of the等位基因状态产后抑郁症光周期反应基因。出版成本由俄罗斯科学基金资助，授予17-76-20023号。资助者在实验设计中没有作用，数据分析，决定发布或准备手稿。

隶属关系

1. 应用基因组学和作物育种实验室，全俄罗斯农业生物技术研究所，Timiryazevskaya街42号，莫斯科，127550，俄罗斯

   帕维尔。Kroupin, Gennady I. Karlov, Anastasiya G. Chernook, Mikhail S. Bazhenov和Mikhail G. Divashuk

2. 分子生物技术中心，俄罗斯州农业大学 - 莫斯科蒂里亚夫农业学院，蒂姆里亚朱斯卡街，49，莫斯科，127550，俄罗斯

   帕维尔。Kroupin, Gennady I. Karlov, Anastasiya G. Chernook, Mikhail S. Bazhenov和Mikhail G. Divashuk

3. 小麦和小黑麦育种和制种部，以P.P. Lukyanenko命名的国家粮食中心，克拉斯诺达尔，350012，俄罗斯

   Ludmila A. Bespalova, Vladimir V. Panchenko & Victor Ya。Kovtunenko

4. 库尔查托夫基因组学中心，细胞学和遗传学研究所，拉夫伦特耶娃10号，新西伯利亚，630090，俄罗斯

   埃琳娜A. Salina.

5. 日本茨城县大学农学院，茨城县稻崎县Ami中央3-21-1，茨城县，300-0393

   Nobuyoshi渡边

6. 俄罗斯全俄农业生物技术研究所Kurchatov Genomics Center-ARRIAB，俄罗斯莫斯科127550

   Lubov A. Nazarova和Mikhail G. Divashuk

贡献

MGD提出了工作概念并设计了实验。AGC、VVP、LAN、VYK和EAS进行了实验。NW帮助收购了植物材料。PYK、MSB、AGC和MGD进行了数据分析，并为撰写手稿做出了贡献。实验室和EAS帮助解释结果。MGD和GIK监督了工作结果。PYK、GIK、实验室、EAS、AGC、NW、MSB、VVP、LAN、VYK、MGD已阅读并批准了手稿。

通讯作者

对应到Mikhail G. Divashuk.．

伦理批准和同意参与

不适用。

同意出版

不适用。

相互竞争的利益

提交人声明他们没有竞争利益。

出版商的注意

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本文已更新。最初的出版物包含了一个错误的历史日期。

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