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  • ·常規信息  最近更新:2020年11月24日 5:48:00
    基因(座)名稱異三聚體G蛋白γ亞基; 粒長粒重主效控制基因
    G protein gamma subunit; heterotrimeric G-protein γ subunit; major QTL for grain length and weight
    基因符號GS3
    所在染色體3 (已克隆)

    GS3(DQ355996, Fan et al. 2006)...

    GS3 位點,是控制水稻粒重和粒長的主效QTL,同時也是控制水稻粒寬和籽粒充實度的微效QTL。

    【基因定位分析】

    GS3 定位于水稻第3 染色體近著絲粒區,與標記GS09和MRG5881連鎖。以明恢63(大粒)為輪回親本與川7(小粒)進行連續雜交和回交,構建了GS3 的近等基因系。對BC3F2 后代的201 個隨機個體進行分析,發現GS3 解釋了該群體80-90% 的粒重和粒長的變異(Fan et al., 2006)。

    【基因克隆與生物學功能分析】

    GS3 cDNA全長956bp,包含5個外顯子,編碼一個由232 個氨基酸組成的跨膜蛋白,該蛋白產物包含下列4 個結構域:一種植物特有的調節器官大小的結構域(organ size regulation, OSR)、一個跨膜區、腫瘤壞死因子受體/神經生長因子受體(tumor necrosis factor receptor/nerve growth factor receptor, TNFR/NGFR)家族中富含半胱氨酸的同源區域和C 端的C型血管性血友病因子(von Willebrand factor type C, VWFC模塊)。OSR 結構域以前稱為PEBP 結構域。序列分析表明,與小粒品種相比,大粒品種GS3 第2 外顯子中編碼第55 位半胱氨酸的密碼子TGC 突變成終止密碼子TGA,造成蛋白翻譯提前終止(缺失了178 個氨基酸),從而使得類PEBP 結構域殘缺并缺少其他3 個功能域,這表明GS3 編碼的蛋白對粒重起負調控作用(Fan et al., 2006)。在最近的數據庫軟件分析中發現GS3 并不屬于PEBP 蛋白家族,通過比對發現推測的GS3 PEBP 結構大約只有三分之一長度的PEBP,僅有20.3%-28.4%相似性。通過數據庫同源比對發現,GS3 的N端具有一個多數被子植物中高度類似且保守的66 aa的結構域,如控制穗型的DEP1。作者暫時將該結構命名為OSR(Mao et al., 2010)。

    禾谷類作物的產量很大程度上取決于其籽粒的大小。GS3 是一個控制籽粒大小的主效QTL,它在調節籽粒和器官大小中發揮負調節子的功能。通過原位雜交顯示GS3 在幼穗中表達,并隨著穗子發育而減少,在其它組織如胚、莖端分生組織、葉和莖中有微弱表達,但在根冠中大量表達,real-time PCR同時證實了上述結果。野生型等位基因包含有四個推測的結構域:N 端的OSR結構域,一個跨膜區,TNFR/NGFR家族富半胱氨酸結構域,以及C 端的VWFC。這些結構域在調節籽粒大小中發揮不同的功能:OSR結構域作為一個負調節子發揮作用是充分必要的,野生型等位基因對應形成中等長度的籽粒,而OSR 結構功能的丟失會導致形成長的籽粒;C端TNFR/NGFR 和VWFC 結構域顯示出對OSR 功能的抑制作用,這兩個功能域失活突變會產生非常短的籽粒。本研究將GS3 蛋白質的結構域的功能與水稻種子籽粒大小的自然變異聯系了起來(Mao et al., 2010)。

    水稻中3個G蛋白γ亞基GS3DEP1GGC2,因蛋白C端結構域變異導致其功能分化。DEP1GGC2的C端結構域介導G蛋白信號傳導,其功能發揮依賴G蛋白β亞基RGB1和α亞基RGA1,它們對籽長的調節作用是加性的。GS3本身對籽粒大小無影響,但它與DEP1GGC2競爭性結合Gβ,縮短粒長(Sun et al. 2018)。

    【相關登錄號】
    contigs及其產物:AP008209BAH92198
    基因及產物ID號:DQ355996ABC84855
    參考基因組位點:Os03g0407400(RAP-DB, Gramene←→ LOC9269602(NCBI)
    參考基因組產物:XM_015774586XP_015630072, XM_026023637XP_025879422, XM_015774587XP_015630073
    uniprot庫登錄號:C6L686
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    ·ONTOLOGY及相關基因
    表型特征種子發育特征(TO:0000653), 籽粒產量(TO:0000396), 粒寬(TO:0000402), 粒長(TO:0000734), 粒厚(TO:0000399), 千粒重(TO:0000592), 柱頭外露率(TO:0000044)
    分子功能GTP結合(GO:0005525), GTP酶活性(GO:0003924)
    生物進程細胞分裂調控(GO:0051302), 有絲分裂調控(GO:0007346), 細胞增殖調控(GO:0042127), 種子發育調控(GO:0080050)
    細胞結構異源三聚體G蛋白(GO:0005834)
    形態構造果實(PO:0009001)
    ·參考文獻
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      Nature Communications, 2018, 9: 851
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      Theoretical and Applied Genetics, 2009, 118(3): 465-472
    10Chuchuan Fan;Yongzhong Xing;Hailiang Mao;Tingting Lu;Bin Han;Caiguo Xu;Xianghua Li;Qifa Zhang
      GS3, a major QTL for grain length and weight and minor QTL for grain width and thickness in rice, encodes a putative transmembrane protein
      Theoretical and Applied Genetics, 2006, 112(6): 1164-1171
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