·常规信息
基因(座)名称G蛋白γ亚基; 直立型密穗基因; 直立穗基因
Gγ subunit; dense and erect panicle1; DENSE PANICLE 1
基因符号DEP1; DN1; qPE9-1; qNGR9
所在染色体9 (已克隆)
供体材料沈农265

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, 位于同一个基因位点...

异三聚体G蛋白由α、β和γ三个亚基组成,DEP1/DN1/qPE9-1/qNGR9编码γ亚基。

DEP1位点是一个控制水稻产量性状的主效QTL,并影响水稻氮利用效率,该位点上的显性等位基因是一个功能性获得性突变,它能引起稻穗变短、直立、着粒密集,以及氮不敏感型营养生长。

【定位与克隆】

DEP1定位于第9染色体上SSR 标记RM3770~RM7424之间,与qPE9-1 等位,在这个区域,陈英之等也定位到一个直立穗基因,该基因与RM24423很近。

DN1 N端包含的卷曲螺旋结构域和核定位信号,可能是引起半矮化的原因,而跨膜α-螺旋、VWFC模块和four-disulfide核心结构域能够增加穗粒数(Taguchi-Shiobara et al., 2011)。

【亚细胞定位】

细胞核+细胞膜

【生物学功能】

DEP1 位点编码与磷脂酰乙醇胺结合蛋白有类似功能域的蛋白。

中国科学院遗传与发育生物学研究所傅向东研究组与中国水稻研究所钱前研究组合作,从中国东北超级稻品种沈农265中成功分离出控制水稻产量的关键多效基因DEP1,在该位点上的显性基因是由于获得性突变造成的,导致少编码了一个类似于磷脂酰乙醇胺结合蛋白的蛋白。这个突变的DEP1 基因能促进细胞分裂,降低穗颈节长度并使稻穗变密、枝梗数增加、每穗籽粒数增多,从而促进水稻增产15%-20%。研究人员还发现,目前在我国东北和长江中下游地区大面积种植的直立和半直立穗型的高产水稻品种都含有突变的DEP1 基因,表明DEP1基因已在我国水稻增产中发挥了关键作用(Huang et al., 2009)。

Gγ蛋白DEP1与Gα亚基(RGA1)和Gβ亚基(RGB1)发生了互作,导致RGA1活性降低,RGB1活性增高,从而抑制了氮反应。因此,G蛋白复合体能够调控氮信号,调节G蛋白的活性可能是环保且可持续地提高水稻产产量的一个有前景的策略(Sun et al. 2014)。

DEP1 基因不仅能促进水稻增产,而且也能在其他主要农作物(如小麦和大麦)中发挥作用,这一发现对农作物高产分子育种有重要应用价值,可望由此进一步研究和培育出更高产的农作物新品种。

qPE9-1是一个控制水稻穗型的主效QTL,但对单株产量有负作用,建议育种实践中qPE9-1应该与高产基因一起使用(Yi et al., 2011)。

株型是一个重要的农艺性状,也是决定水稻高产的主要因子,而直立穗是粳稻品种首选株型。qPE9-1 是一个主效QTL,调控包括直立穗在内的株型性状。对近等基因系和转基因系的表型分析发现有功能的等位基因qPE9-1 导致了穗下垂,而功能丧失性突变qpe9-1 引起穗直立。此外,qPE9-1 位点也调控穗长、粒长和粒重等性状,进而影响水稻产量。总之,直立穗来自qPE9-1 基因一个偶然的功能丧失性自然突变,且后来成为粳稻育种中人工选择的目标(Zhou et al., 2009)。

qPE-9受到RGB1介导,作为一个负调控因子在ABA介导的干旱胁迫响应中发挥功能(Zhang et al. 2015)。

【相关登录号】
contigs及其产物:CM000146EEE69800, AP005419BAD38070, AP008215BAF2520
基因及产物ID号:FJ039904ACI25446, AB475006BAI66276, FJ501956ACL27948, FJ554569ACL98208
cDNAs及其产物:FJ039905ACI25447, AB475007BAI66277, AK062809, AK064043, AK101247, AK102904
参考基因组位点:Os09g0441900(RAP-DB, Gramene←→ LOC_Os09g26999(本地MSU-RGAP←→ LOC4347178(NCBI)
参考基因组产物:XM_015755406XP_015610892
uniprot库登录号:Q67UU9
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·ONTOLOGY及相关基因
表型特征株高(TO:0000207), 穗形(TO:0000262), 籽粒产量(TO:0000396), 每穗实粒数(TO:0000447), 氮素敏感性(TO:0000011), 耐旱性(TO:0000276), 收获指数(TO:0000128)
分子功能G蛋白(GO:0005834)
生物进程脱落酸应答(GO:0009737), 氮素利用调节(GO:0006808)
·参考文献
1Qian Liu;Ruixi Han;Kun Wu;Jianqing Zhang;Yafeng Ye;Shuansuo Wang;Jianfeng Chen;Yajun Pan;Qi Li;Xiaopeng Xu;Jiawu Zhou;Dayun Tao;Yuejin Wu;Xiangdong Fu
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  Nature Communications, 2018, 9: 852
2Dong-Ping Zhang;Yong Zhou;Jian-Feng Yin;Xue-Jiao Yan;Sheng Lin;Wei-Feng Xu;Franti?ek Balu?ka;Yi-Ping Wang;Yi-Ji Xia;Guo-hua Liang;Jian-Sheng Liang
  Rice G-protein subunits qPE9-1 and RGB1 play distinct roles in abscisic acid responses and drought adaptation
  Journal of Experimental Botany, 2015, 66(20): 6371-6384
3Hongying Sun;Qian Qian;Kun Wu;Jijing Luo;Shuansuo Wang;Chengwei Zhang;Yanfei Ma;Qian Liu;Xianzhong Huang;Qingbo Yuan;Ruixi Han;Meng Zhao;Guojun Dong;Longbiao Guo;Xudong Zhu;Zhiheng Gou;Wen Wang;Yuejin Wu;Hongxuan Lin;Xiangdong Fu
  Heterotrimeric G proteins regulate nitrogen-use efficiency in rice
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4Fumio Taguchi-Shiobara;Yasushi Kawagoe;Hiroshi Kato;Haruko Onodera;Akemi Tagiri;Naho Hara;Akio Miyao;Hirohiko Hirochika;Hidemi Kitano;Masahiro Yano;Seiichi Toki
  A loss-of-function mutation of rice DENSE PANICLE 1 causes semi-dwarfness and slightly increased number of spikelets
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  Natural variation at the DEP1 locus enhances grain yield in rice
  Nature Genetics, 2009, 41(4): 494-497
7Yong Zhou;Jinyan Zhu;Zhengyi Li;Chuandeng Yi;Jun Liu;Honggen Zhang;Shuzhu Tang;Minghong Gu;Guohua Liang
  Deletion in a Quantitative Trait Gene qPE9-1 Associated With Panicle Erectness Improves Plant Architecture During Rice Domestication
  Genetics, 2009, 183(1): 315-324
8Chang-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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