半矮秆基因; GA20氧化酶基因sd1#OsGA20ox2#qSD1

发布日期：2025-01-07 15:15    点击次数：148

sd1 控制水稻的株高，该位点的突变导致水稻不同程度的矮化。截至目前至少已经发现sd-1 位点上5个不同等位基因，分别是来自野生型的等位基因、来自Deo-geo-woo-gen及其衍生种的sd1-d、来自Reimei的sd1-r、来自Calrose76的sd1-c、来自Jikkoku的sd1-j。 sd1参与赤霉素的生物合成，编码由389个氨基酸组成的GA20氧化酶(GA20ox)。GA20ox是赤霉素合成途径中的关键酶，催化GA53转换为GA20。 2002年，3个研究小组先后发表了图位克隆水稻“绿色革命”基因sd-1的论文。sd-1是由3个外显子和2个内含子组成的开放阅读框（open reading frame, ORF），编码由389个氨基酸组成的GA20氧化酶。尽管克隆的是同一基因，但可能由于方法与材料的差别，各外显子和内含子包含的碱基对数目略有不同。 Monna等的研究报道表明：日本晴、Sasanishiki和Calrose等正常野生型水稻的3个外显子大小分别是558、318和291bp，2个内含子分别为105和1471bp；DGWG型半矮秆种IR24、Habataki和Milyang 23从外显子1中部起有383bp的缺失，包括外显子1和2的278bp序列及105bp的内含子；Calrose76为外显子2中编码第265位氨基酸的CTC突变为TTC，导致Leu（亮氨酸）突变为Phe（苯丙氨酸）。 Sasaki等报道认为先前发现的编码GA20氧化酶基因(GA20ox-1)与sd-1无关，而他们新发现的GA20ox-2与sd-1紧密连锁。比较了四个矮秆品种与野生型在sd-1位点上的序列差异，发现野生型水稻sd1等位基因的3个外显子大小分别为557、321和291bp，2个内含子分别为103和1472bp(右图)；矮秆品种Deo-geo-woo-gen及其衍生种在该位点缺失383bp，包含103bp的内含子1；矮秆品种Jikkoku中编码第94氨基酸的GGG变为GTG，导致甘氨酸变为缬氨酸；矮秆品种"Calrose 76"中编码第266氨基酸的CTC突变为TTC，导致Leu（亮氨酸）突变为Phe（苯丙氨酸）；矮秆品种Remei中编码第349氨基酸的GAC变为CAC，导致天冬氨酸变为组氨酸。GA20ox-2在叶片、茎秆、未开放的花中表达强烈，而GA20ox-1基因则是在未开放的花中表达，揭示了sd-1水稻株高降低，而产量不受影响的原因。 Spielmeyer等的报道认为野生型水稻sd1等位基因的3个外显子大小分别为557、322和291bp；DGWG型籼稻半矮秆品种Doongar在GA20ox2编码区（外显子1和2）缺失了280bp；矮秆品种"Calrose 76"中亦是编码第266氨基酸的CTC突变为TTC，导致Leu（亮氨酸）突变为Phe（苯丙氨酸）。 qSD1-2调控水稻胚乳强制休眠和株高（Ye et al. 2015）。 SD1是水稻穗型结构的正调节因子。sd1相比野生型积累了更多DELLA蛋白SLR1，SLR1与KNOX蛋白OSH1互作，抑制OSH1对下游穗发育相关基因的激活。sd1穗长降低8-21%，一次枝梗减少18-26%，二次枝梗减少34-46%，每穗总粒数减少29-41%。SD1功能正常时，DDELLA蛋白减少，不能与KNOX-1蛋白互作，促进下游基因表达从而诱导GA调控穗发育（Su et al. 2021）。【相关登录号】基因及产物ID号：AB633625→BAK39048, AB633592→BAK39015, AF465255→AAL87949, AF465256→AAL87950, cDNAs及其产物：AB077025→BAB89356, AY114310→AAM56041, U50333→AAB48239参考基因组位点：Os01g0883800（RAP-DB, PhytoAB公司抗体服务）←→ LOC_Os01g66100（本地、MSU-RGAP, 百格基因突变体服务）←→ LOC4325003（NCBI）参考基因组产物：XM_015772235→XP_015627721uniprot库登录号：Q0JH50, B6F2D9