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《Nature Genetics》:異三聚體G蛋白調控了水稻的氮利用率 
作者:中國水稻信息網
來源:中國水稻信息網
發布時間:2014-05-04

4月28日,著名學術期刊Nature Genetics在線發表了我國科學家最新的水稻研究成果。來自中科院遺傳與發育研究所、中國水稻研究所、中科院上海生命科學研究院等機構的研究人員證實,異三聚體G蛋白(Heterotrimeric G proteins)調控了水稻的氮利用率。

氮是促進水稻生長和發育的必需的大量營養元素之一,是氨基酸、蛋白質、核酸、葉綠素、激素等的組成成分。氮肥是水稻生產中需要量最大的化肥品種,它對提高水稻產量、改善稻米品質有重要的作用。然而,由于土壤蓄水系統中的揮發和反硝化作用,與其他作物相比,水稻的氮肥利用率比較低。利用遺傳學和分子生物學方法從氮高效的水稻資源品種中分離并克隆氮高效相關基因,通過改變這些關鍵基因的表達或功能進而使水稻在較低養分水平下保持較高產量,也是降低水稻生產投入成本,減少水稻生產對環境造成的污染,提高水稻產量的一種可行的途經。

以前的研究成果表明,研究人員在2009年從中國超級水稻中成功分離出了控制產量的關鍵基因DEP1 (DENSE AND ERECT PANICLES 1),兩年后又利用圖位克隆方法分離出了氮介導生長反應的一個數量性狀基因座(QTL)——qNGR9,并將qNGR9精細定位在9號染色體上。

在這篇題為“Heterotrimeric G proteins regulate nitrogen-use efficiency in rice ”論文中,研究人員通過定位克隆和遺傳互補實驗,研究發現qNGR9就是DEP1。相異的DEP1等位基因賦予了不同的氮反應,遺傳多樣性分析結果表明,在水稻粳稻馴化過程中DEP1經受了人工選擇。攜帶顯性dep1-1等位基因的植物顯示氮不敏感性營養生長,氮攝取和同化增高,因此施以適當水平的氮肥可提高收獲指數和產量。

異三聚體鳥嘌呤核苷結合蛋白(簡稱G 蛋白)是一類在真核細胞中保守的重要信號轉導分子,介導細胞膜外側的G蛋白偶聯型受體(GPCR)與膜內側效應器之間的跨膜信號轉導,由α、β和γ三個亞基組成。許多研究表明植物 G 蛋白介導的信號轉導途徑在光、激素、糖等響應過程中發揮著精細的調控作用。研究人員發現,在體內DEP1蛋白與Gα 亞基(RGA1)和Gβ 亞基(RGB1)發生了互作,導致RGA1活性降低,RGB1活性增高,從而抑制了氮反應。

由此,研究人員斷定這一植物G蛋白復合物調控了氮信號。調控異三聚體G蛋白的活性有可能是環保且可提高水稻產量的一個有前景的策略。

Nature GeneticsNature出版集團出版。根據2013年ISI發布的JCR(Journal Citation Reports)數據,2012年它的影響因子為35.209,在總計161種期刊的遺傳學科(GENETICS & HEREDITY)中排名第2位。

論文摘要:

The drive toward more sustainable agriculture has raised the profile of crop plant nutrient-use efficiency. Here we show that a major rice nitrogen-use efficiency quantitative trait locus (qNGR9) is synonymous with the previously identified gene DEP1(DENSE AND ERECT PANICLES 1). The different DEP1 alleles confer different nitrogen responses, and genetic diversity analysis suggests that DEP1 has been subjected to artificial selection during Oryza sativa spp. japonica rice domestication. The plants carrying the dominant dep1-1 allele exhibit nitrogen-insensitive vegetative growth coupled with increased nitrogen uptake and assimilation, resulting in improved harvest index and grain yield at moderate levels of nitrogen fertilization. The DEP1 protein interacts in vivo with both the Gα (RGA1) and Gβ (RGB1) subunits, and reduced RGA1 or enhanced RGB1 activity inhibits nitrogen responses. We conclude that the plant G protein complex regulates nitrogen signaling and modulation of heterotrimeric G protein activity provides a strategy for environmentally sustainable increases in rice grain yield.

詳細信息:

http://www.cnrri.cn/zjww/Detail.aspx?id=20025173

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