·常规信息
基因(座)名称粒长粒重主效控制基因
major QTL for grain length and weight
基因符号GS3
所在染色体3 (已克隆)
供体材料Minghui 63

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

GS3 位点,是控制水稻粒重和粒长的主效QTL,同时也是控制水稻粒宽和籽粒充实度的微效QTL。

【基因定位分析】

GS3 定位于水稻第3 染色体近着丝粒区,与标记GS09和MRG5881连锁。以明恢63(大粒)为轮回亲本与川7(小粒)进行连续杂交和回交,构建了GS3 的近等基因系。对BC3F2 后代的201 个随机个体进行分析,发现GS3 解释了该群体80-90% 的粒重和粒长的变异(Fan et al., 2006)。

【基因克隆与生物学功能分析】

GS3 cDNA全长956bp,包含5个外显子,编码一个由232 个氨基酸组成的跨膜蛋白,该蛋白产物包含下列4 个结构域:一种植物特有的调节器官大小的结构域(organ size regulation, OSR)、一个跨膜区、肿瘤坏死因子受体/神经生长因子受体(tumor necrosis factor receptor/nerve growth factor receptor, TNFR/NGFR)家族中富含半胱氨酸的同源区域和C 端的C型血管性血友病因子(von Willebrand factor type C, VWFC模块)。OSR 结构域以前称为PEBP 结构域。序列分析表明,与小粒品种相比,大粒品种GS3 第2 外显子中编码第55 位半胱氨酸的密码子TGC 突变成终止密码子TGA,造成蛋白翻译提前终止(缺失了178 个氨基酸),从而使得类PEBP 结构域残缺并缺少其他3 个功能域,这表明GS3 编码的蛋白对粒重起负调控作用(Fan et al., 2006)。在最近的数据库软件分析中发现GS3 并不属于PEBP 蛋白家族,通过比对发现推测的GS3 PEBP 结构大约只有三分之一长度的PEBP,仅有20.3%-28.4%相似性。通过数据库同源比对发现,GS3 的N端具有一个多数被子植物中高度类似且保守的66 aa的结构域,如控制穗型的DEP1。作者暂时将改结构命名为OSR(Mao et al., 2010)。

禾谷类作物的产量很大程度上取决于其籽粒的大小。GS3 是一个控制籽粒大小的主效QTL,它在调节籽粒和器官大小中发挥负调节子的功能。通过原位杂交显示GS3 在幼穗中表达,并随着穗子发育而减少,在其它组织如胚、茎端分生组织、叶和茎中有微弱表达,但在根冠中大量表达,real-time PCR同时证实了上述结果。野生型等位基因包含有四个推测的结构域:N 端的OSR结构域,一个跨膜区,TNFR/NGFR家族富半胱氨酸结构域,以及C 端的VWFC。这些结构域在调节籽粒大小中发挥不同的功能:OSR结构域作为一个负调节子发挥作用是充分必要的,野生型等位基因对应形成中等长度的籽粒,而OSR 结构功能的丢失会导致形成长的籽粒;C端TNFR/NGFR 和VWFC 结构域显示出对OSR 功能的抑制作用,这两个功能域失活突变会产生非常短的籽粒。本研究将GS3 蛋白质的结构域的功能与水稻种子籽粒大小的自然变异联系了起来(Mao et al., 2010)。

【相关登录号】
contigs及其产物:AP008209BAH92198
基因及产物ID号:DQ355996ABC84855
参考基因组位点:Os03g0407400(RAP-DB, Gramene
参考基因组产物:NM_001186541NP_001173470
uniprot库登录号:C7J0S2
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·ONTOLOGY及相关基因
表型特征籽粒大小(TO:0000397), 种子发育性状(TO:0000653), 籽粒产量(TO:0000396), 粒宽(TO:0000402), 粒长(TO:0000734), 粒厚(TO:0000399)
生物进程细胞分裂(GO:0051301), 种子发育(GO:0048316), 细胞周期(GO:0007049), 细胞增殖(GO:0008283)
形态构造果实(PO:0009001)
·参考文献
1Noriko Takano-Kai;Kazuyuki Doi;Atsushi Yoshimura
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  Theoretical and Applied Genetics, 2011, 123(7): 1173-1181
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  Linking differential domain functions of the GS3 protein to natural variation of grain size in rice
  Proceedings of the National Academy of Sciences, 2010, 107(45): 19579-19584
5Noriko Takano-Kai;Hui Jiang;Takahiko Kubo;Megan Sweeney;Takashi Matsumoto;Hiroyuki Kanamori;Badri Padhukasahasram;Carlos Bustamante;Atsushi Yoshimura;Kazuyuki Doi;Susan McCouch
  Evolutionary History of GS3, a Gene Conferring Grain Length in Rice
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  A causal C–A mutation in the second exon of GS3 highly associated with rice grain length and validated as a functional marker
  Theoretical and Applied Genetics, 2009, 118(3): 465-472
7Chuchuan 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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