·常规信息 最近更新:2020年11月24日 5:48:00 | |||||||||||
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基因(座)名称 | 异三聚体G蛋白γ亚基; 粒长粒重主效控制基因 G protein gamma subunit; heterotrimeric G-protein γ subunit; major QTL for grain length and weight | ||||||||||
基因符号 | GS3 | ||||||||||
所在染色体 | 3 (已克隆) | ||||||||||
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。作者暂时将该结构命名为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)。 水稻中3个G蛋白γ亚基GS3、DEP1和GGC2,因蛋白C端结构域变异导致其功能分化。DEP1和GGC2的C端结构域介导G蛋白信号传导,其功能发挥依赖G蛋白β亚基RGB1和α亚基RGA1,它们对籽长的调节作用是加性的。GS3本身对籽粒大小无影响,但它与DEP1或GGC2竞争性结合Gβ,缩短粒长(Sun et al. 2018)。 【相关登录号】
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·ONTOLOGY及相关基因 | |
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表型特征 | 种子发育特征(TO:0000653), 籽粒产量(TO:0000396), 粒宽(TO:0000402), 粒长(TO:0000734), 粒厚(TO:0000399), 千粒重(TO:0000592), 柱头外露率(TO:0000044) |
分子功能 | GTP结合(GO:0005525), GTP酶活性(GO:0003924) |
生物进程 | 细胞分裂调控(GO:0051302), 有丝分裂调控(GO:0007346), 细胞增殖调控(GO:0042127), 种子发育调控(GO:0080050) |
细胞结构 | 异源三聚体G蛋白(GO:0005834) |
形态构造 | 果实(PO:0009001) |
·参考文献 |
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2. Shengyuan Sun;Lei Wang;Hailiang Mao;Lin Shao;Xianghua Li;Jinghua Xiao;Yidan Ouyang;Qifa Zhang A G-protein pathway determines grain size in rice Nature Communications, 2018, 9: 851 |
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4. Noriko Takano-Kai;Kazuyuki Doi;Atsushi Yoshimura GS3 participates in stigma exsertion as well as seed length in rice Breeding Science, 2011, 61(3): 244-250 |
5. Song Yan;Guihua Zou;Sujuan Li;Hua Wang;Heqin Liu;Guowei Zhai;Peng Guo;Hongmiao Song;Changjie Yan;Yuezhi Tao Seed size is determined by the combinations of the genes controlling different seed characteristics in rice Theoretical and Applied Genetics, 2011, 123(7): 1173-1181 |
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10. Chuchuan 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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