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OsGS1;1 原名OsGS1, OsGLN1;1, λGS28,编码胞质谷氨酰胺合成酶,影响水稻生长速率和灌浆程度。该基因的缺失或变异将导致水稻生长放缓、灌浆不足。
【突变体表型】
相较野生型,Cd处理时,GS-OX植株中GR活性更强,H2O2含量较少、MDA含量增加,因而Cd对GS-OX植株的生长抑制小于野生型(Lee et al. 2013)。
同时过表达OsGS1;1和OsGS2增强了转基因水稻幼苗对渗透和盐胁迫的耐受性,表现为胁迫下的鲜重、叶绿素含量和相对含水量均显著高于野生型,积累了较高水平脯氨酸,电解质渗漏和丙二醛含量较低。转基因系在生殖阶段对干旱和盐胁迫表现出显著增强的光合性能和农艺性状,胁迫下的灌浆速率显著高于对照,并获得更高的产量。转基因系对甲基紫精诱导的光氧化应激具有更强的耐受性(James et al. 2018)。
在OsGS1;1 敲除的Tos17 插入水稻突变体中,植株的生长速率和灌浆程度都严重降低。在正常营养条件下,突变体幼苗期分蘖数与野生型没有差别,但是叶片伸长受到抑制;在收获期,突变体株高明显低于野生型,并且熟期推迟、籽粒缩小、灌浆不饱满(Tabuchi et al., 2005)。
以Koshihikari 为背景、Kasalath 为供体的一个近等基因系C-22,其GS1含量比Koshihikari 低12–37%。在营养生长期,C-22分蘖比Koshihikari 活跃;在生殖生长期,C-22的穗数和总穗重也比Koshihikari 更大(Obara, et al., 2004)。
【定位与克隆】
OsGS1;1位于2号染色体上RFLP标记C560和C1408间,遗传距离分别10.8 cM和0.8 cM(Obara et al. 2001),在BAC克隆AP004880上(Ishiyama et al. 2004)。
OsGS1;1 cDNA全长1553bp,编码区1071 bp,编码一个356氨基酸组成的蛋白产物。OsGS1;1与OsGS1;2的cDNA在核酸与蛋白产物序列上分别有83%和86%的相似度(Sakamoto et al. 1989)。
OsGS1;1由11个外显子和10个内含子组成。3份Tos17插入OsGS1;1株系,株系ND8037和ND9801,Tos17插入第8外显子处;株系NC2327,Tos17插入第10外显子处(Tabuchi et al. 2005)。
【时空表达谱】
OsGS1;1在水稻所有组织中都有表达,在叶片高度表达(Tabuchi et al. 2005)。
【生物学功能】
当水稻利用铵盐作为主要氮源的条件下,OsGS1;1 对协调整个代谢网络发挥着关键作用(Kusano et al. 2011)。
干旱条件下,OsGS2和OsGS1;1的表达可能对Khitish品种的耐旱性具有贡献(Singh et al., 2013)。
过表达OsGS,能调节使膜过氧化的酶的表达水平,而膜过氧化可能导致植物死亡(Lee et al. 2013)。
OsGS1;1在低氮条件下诱导,其可变剪接产生两种有功能的转录本:OsGS1;1a和OsGS1;1b,编码谷氨酰胺合成酶。过表达高活性转录本OsGS1;1b,增强氮吸收和同化,提高了氮素利用率(NUE);影响糖代谢,促进直链淀粉降解,影响籽粒形成,导致粒长和粒重增加,直链淀粉和蛋白质含量降低,总淀粉含量不变,稻米品质提高(Liu et al. 2022)。
在水稻的生长发育过程中,需要3种同源、但又明显不同的编码细胞质谷氨酰胺合成酶的基因,这3个基因分别是OsGS1;1, OsGS1;2 , OsGS1;3。OsGS1;1 对水稻正常的生长以及灌浆十分重要,并且OsGS1;2 和OsGS1;3 不能补偿OsGS1;1 的功能(Tabuchi et al., 2005)。【相关登录号】contigs及其产物:AP008208↘BAF09959; CM000139↘EAZ24534; AP004880↘BAD15892基因及产物ID号:AB037664→BAA95678cDNAs及其产物:AB037595→BAA95679, X14245→CAA32461, AK104987→BAG97064, AK061157→BAG87764, AK109397, AK071969参考基因组位点:Os02g0735200(RAP-DB, PhytoAB公司抗体服务)←→ LOC_Os02g50240(本地、MSU-RGAP, 百格基因突变体服务)←→ LOC4330649(NCBI)参考基因组产物:XM_015770616→XP_015626102uniprot库登录号:P14656, Q0DXS9