春化基因VRN-A1 发现新的等位变异？
小麦品种根据其生长习性可分为冬春两大类。冬季小麦需要长时间暴露在低温(春化)下，以加速从营养阶段向生殖阶段的过渡。关于春化基因，我们前面也介绍过N多次,如下。
PNAS经典品读-小麦春化基因（四）：窥视小麦种质的多样性和地理适应性
Jorge Dubcovsky 研究组对小麦春化基因的研究贡献良多。今天要介绍的这篇文章通讯作者正是Jorge Dubcovsky。文章的题目是“Single nucleotide polymorphisms in a regulatory site of VRN-A1 first intron are associated with differences in vernalization requirement in winter wheat”。
image-20180619103012033
春小麦相对于冬小麦来讲，在VRN1位点上的变异主要发生在启动子区或第一个内含子区。春小麦和冬小麦在VRN-A1位点上的自然变异已经被很好的研究了，而对于冬小麦之间春化反应所需低温处理时间上的差异却研究甚少，而VRN-A1在这种差异里所起的作用更是知之甚少。前后有3篇研究表明，冬小麦之间完成春化反应所需低温处理时间上的不同可能与VRN1有关。Diaz et al. (2012) 认为是VRN-A1拷贝数不同，Li et al. (2013) 则发现是VRN1第180位上的氨基酸替换，Kippes et al. (2015) 则发现在前面两个研究中所使用的四个材料中还有一点不同，那就是在第一个内含子上的一个SNP，该处是GRP2结合位点，所以该处被命名为RIP3（RNA immunoprecipitation 3)。RIP3处(就是VRN1的第一个内含子上的片段)的自然变异能够阻止GRP2结合在RIP3位点上，但对VRN1的表达和抽穗期是否有影响还不明确。
这里还要提一下GRP2。中科院植物研究所种康研究组2014年在NC上发文报道TaGRP2在未春化时结合春化基因TaVRN1的前体RNA，进而抑制其转录与开花启动。随着春化处理，TaGRP2（Thr17）的O-GlcNAc修饰水平升高。同时，磷酸化形式的VER2进入细胞核与O-GlcNAc修饰的TaGRP2直接作用，以解除TaGRP2对TaVRN1基因转录的抑制，完成春化作用对开花的启动。详细的研究参见“O-GlcNAc-mediated interaction between VER2 and TaGRP2 elicits TaVRN1 mRNA accumulation during vernalization in winter wheat”。
本文先利用一个F2群体进行了研究，发现RIP3上的SNP影响VRN1的表达和抽穗时间。进一步在自然群体里研究也发现RIP3上的SNP与抽穗时间有关。随后本文讨论了RIP3上的SNP和VRN1的拷贝数变异在育种方面潜在的应用。
Fig. 2
上图中还涉及到VRN-A1的两个转录本，如上图A所示，这个现象是由Xiao et al. (2014) 发现。
感兴趣的伙伴还请阅读原文进一步了解。下面我以此为例探讨下在知道基因的情况下，采用生物信息学的方法我们可以获取哪些信息。
首先VRN1基因在中国春上的基因编号是TraesCS5A01G391700.1，TraesCS5D01G401500.1，TraesCS5B01G396600.1。基因序列在我们网站（http://202.194.139.32/）都可以获取。相应的乌拉尔图的VRN1基因，野生二粒小麦的VRN1，节节麦的VRN1基因，大麦的VRN1基因以及其他六倍体或四倍体材料的基因序列也可以在我们网站上获取。有了这些数据，至少我们就可以做个进化树了。
接下来再结合群体数据数据，在我们网站的（http://202.194.139.32/jbrowse/?data=Chinese_Spring）上有些群体变异的数据。另外这个网站上（http://webblast.ipk-gatersleben.de/wheat_ten_genomes/）也有其他四个材料的(ArinaLrFor，Jagger，Julius，Landmark)基因组信息。
根据这些群体数据发现的变异，我们就可以设计一些标记去自己群体里面检测，看是否与表型有关等。
以前的时候，我们还需要做RACE拿基因全长，现在绝大数情况下没有必要了。比如
注意看图中的数字225
我们还可以看看基因的表达，比如在中国春里，VRN-A1，VRN-B1和VRN-D1的表达情况如下：
基因表达
从图里我们可以发现A B D中，A1的表达占优势，B1次之，D1最低。在春化之前的根里和叶片，以及后期种子里表达量非常低。在根里也有表达，这说明VRN1可能参与了根的发育等。其实，已经有相关报道了。VRN1的多重效应---兼论分子育种
后期，我们会陆续更新野生二粒小麦，乌拉尔图小麦，节节麦的基因表达数据库。
现在small RNA也是一个研究方向，也可以看看VRN1是否与small RNA有关。如下图所示，还是和小RNA有关系的，不过产生具体的机制还未明确，感兴趣的小伙伴可以探索下。
image-20180619145409320
上面是一些初步的分析，还要结合具体的课题来使用数据。
网友评论