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  • ·常規信息  最近更新:2020年11月24日 5:55:00
    基因(座)名稱異三聚體G蛋白γ亞基; 直立型密穗基因; 直立穗基因
    G protein gamma subunit; heterotrimeric G-protein γ subunit; Gγ subunit; dense and erect panicle1; DENSE PANICLE 1
    基因符號DEP1; DN1; qPE9-1; qNGR9
    所在染色體9 (已克隆)

    Yan(2007), Zhou(2009)和Yi(2011)中的qPE9-1, Huang(2009)中的DEP1, Taguchi-Shiobara(2011)中的DN1, Sun(2014)中的qNGR9, 位于同一個基因位點...

    異三聚體G蛋白由α、β和γ三個亞基組成,DEP1/DN1/qPE9-1/qNGR9編碼γ亞基。

    DEP1位點是一個控制水稻產量性狀的主效QTL,并影響水稻氮利用效率,該位點上的顯性等位基因是一個功能性獲得性突變,它能引起稻穗變短、直立、著粒密集,以及氮不敏感型營養生長。

    在中花11中過表達GGC2顯著增加粒長,而敲除GGC2降低了粒長,表明GGC2DEP1一樣,也是水稻粒長的正調控因子。單獨敲除DEP1GGC2,導致粒長分別降低7.47和11.18%,而雙突DEP1koGGC2ko的籽粒要更小,表明DEP1和GGC2對粒長的正調控有加性作用,且GGC2的效應大于DEP1(Sun et al. 2018)。

    【定位與克隆】

    DEP1定位于第9染色體上SSR 標記RM3770~RM7424之間,與qPE9-1 等位,在這個區域,陳英之等也定位到一個直立穗基因,該基因與RM24423很近。

    DN1 N端包含的卷曲螺旋結構域和核定位信號,可能是引起半矮化的原因,而跨膜α-螺旋、VWFC模塊和four-disulfide核心結構域能夠增加穗粒數(Taguchi-Shiobara et al., 2011)。

    【亞細胞定位】

    細胞核+細胞膜

    【生物學功能】

    DEP1 位點編碼與磷脂酰乙醇胺結合蛋白有類似功能域的蛋白。

    中國科學院遺傳與發育生物學研究所傅向東研究組與中國水稻研究所錢前研究組合作,從中國東北超級稻品種沈農265中成功分離出控制水稻產量的關鍵多效基因DEP1,在該位點上的顯性基因是由于獲得性突變造成的,導致少編碼了一個類似于磷脂酰乙醇胺結合蛋白的蛋白。這個突變的DEP1 基因能促進細胞分裂,降低穗頸節長度并使稻穗變密、枝梗數增加、每穗籽粒數增多,從而促進水稻增產15%-20%。研究人員還發現,目前在我國東北和長江中下游地區大面積種植的直立和半直立穗型的高產水稻品種都含有突變的DEP1 基因,表明DEP1基因已在我國水稻增產中發揮了關鍵作用(Huang et al., 2009)。

    Gγ蛋白DEP1與Gα亞基(RGA1)和Gβ亞基(RGB1)發生了互作,導致RGA1活性降低,RGB1活性增高,從而抑制了氮反應。因此,G蛋白復合體能夠調控氮信號,調節G蛋白的活性可能是環保且可持續地提高水稻產產量的一個有前景的策略(Sun et al. 2014)。

    DEP1 基因不僅能促進水稻增產,而且也能在其他主要農作物(如小麥和大麥)中發揮作用,這一發現對農作物高產分子育種有重要應用價值,可望由此進一步研究和培育出更高產的農作物新品種。

    qPE9-1是一個控制水稻穗型的主效QTL,但對單株產量有負作用,建議育種實踐中qPE9-1應該與高產基因一起使用(Yi et al., 2011)。

    株型是一個重要的農藝性狀,也是決定水稻高產的主要因子,而直立穗是粳稻品種首選株型。qPE9-1 是一個主效QTL,調控包括直立穗在內的株型性狀。對近等基因系和轉基因系的表型分析發現有功能的等位基因qPE9-1 導致了穗下垂,而功能喪失性突變qpe9-1 引起穗直立。此外,qPE9-1 位點也調控穗長、粒長和粒重等性狀,進而影響水稻產量。總之,直立穗來自qPE9-1 基因一個偶然的功能喪失性自然突變,且后來成為粳稻育種中人工選擇的目標(Zhou et al., 2009)。

    qPE-9受到RGB1介導,作為一個負調控因子在ABA介導的干旱脅迫響應中發揮功能(Zhang et al. 2015)。

    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:CM000146EEE69800, AP005419BAD38070, AP008215BAF2520
    基因及產物ID號:FJ039904ACI25446, AB475006BAI66276, FJ501956ACL27948, FJ554569ACL98208
    cDNAs及其產物:FJ039905ACI25447, AB475007BAI66277, AK062809, AK064043, AK101247, AK102904
    參考基因組位點:Os09g0441900(RAP-DB, Gramene←→ LOC_Os09g26999(本地MSU-RGAP←→ LOC4347178(NCBI)
    參考基因組產物:XM_015755406XP_015610892
    uniprot庫登錄號:Q67UU9
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    ·ONTOLOGY及相關基因
    表型特征株高(TO:0000207), 穗形(TO:0000262), 籽粒產量(TO:0000396), 每穗實粒數(TO:0000447), 氮素敏感性(TO:0000011), 耐旱性(TO:0000276), 收獲指數(TO:0000128), 千粒重(TO:0000592)
    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), 脫落酸應答(GO:0009737), 有絲分裂調控(GO:0007346), 氮素利用調節(GO:0006808), 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)
    ·參考文獻
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      A G-protein pathway determines grain size in rice
      Nature Communications, 2018, 9: 851
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      A loss-of-function mutation of rice DENSE PANICLE 1 causes semi-dwarfness and slightly increased number of spikelets
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      Deletion in a Quantitative Trait Gene qPE9-1 Associated With Panicle Erectness Improves Plant Architecture During Rice Domestication
      Genetics, 2009, 183(1): 315-324
    9Chang-Jie Yan;Ji-Hua Zhou;Song Yan;Feng Chen;Martin Yeboah;Shu-Zhu Tang;Guo-Hua Liang;Ming-Hong Gu
      Identification and characterization of a major QTL responsible for erect panicle trait in japonica rice (Oryza sativa L.)
      Theoretical and Applied Genetics, 2007, 115(8): 1093-1100
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