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《Nature Genetics》:异三聚体G蛋白调控了水稻的氮利用率 
作者:中国水稻信息网
来源:中国水稻信息网
发布时间:2014-05-04

4月28日,著名学术期刊Nature Genetics在线发表了我国科学家最新的水稻研究成果。来自中科院遗传与发育研究所、中国水稻研究所、中科院上海生命科学研究院等机构的研究人员证实,异三聚体G蛋白(Heterotrimeric G proteins)调控了水稻的氮利用率。

氮是促进水稻生长和发育的必需的大量营养元素之一,是氨基酸、蛋白质、核酸、叶绿素、激素等的组成成分。氮肥是水稻生产中需要量最大的化肥品种,它对提高水稻产量、改善稻米品质有重要的作用。然而,由于土壤蓄水系统中的挥发和反硝化作用,与其他作物相比,水稻的氮肥利用率比较低。利用遗传学和分子生物学方法从氮高效的水稻资源品种中分离并克隆氮高效相关基因,通过改变这些关键基因的表达或功能进而使水稻在较低养分水平下保持较高产量,也是降低水稻生产投入成本,减少水稻生产对环境造成的污染,提高水稻产量的一种可行的途经。

以前的研究成果表明,研究人员在2009年从中国超级水稻中成功分离出了控制产量的关键基因DEP1 (DENSE AND ERECT PANICLES 1),两年后又利用图位克隆方法分离出了氮介导生长反应的一个数量性状基因座(QTL)——qNGR9,并将qNGR9精细定位在9号染色体上。

在这篇题为“Heterotrimeric G proteins regulate nitrogen-use efficiency in rice ”论文中,研究人员通过定位克隆和遗传互补实验,研究发现qNGR9就是DEP1。相异的DEP1等位基因赋予了不同的氮反应,遗传多样性分析结果表明,在水稻粳稻驯化过程中DEP1经受了人工选择。携带显性dep1-1等位基因的植物显示氮不敏感性营养生长,氮摄取和同化增高,因此施以适当水平的氮肥可提高收获指数和产量。

异三聚体鸟嘌呤核苷结合蛋白(简称G 蛋白)是一类在真核细胞中保守的重要信号转导分子,介导细胞膜外侧的G蛋白偶联型受体(GPCR)与膜内侧效应器之间的跨膜信号转导,由α、β和γ三个亚基组成。许多研究表明植物 G 蛋白介导的信号转导途径在光、激素、糖等响应过程中发挥着精细的调控作用。研究人员发现,在体内DEP1蛋白与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。

由此,研究人员断定这一植物G蛋白复合物调控了氮信号。调控异三聚体G蛋白的活性有可能是环保且可提高水稻产量的一个有前景的策略。

Nature GeneticsNature出版集团出版。根据2013年ISI发布的JCR(Journal Citation Reports)数据,2012年它的影响因子为35.209,在总计161种期刊的遗传学科(GENETICS & HEREDITY)中排名第2位。

论文摘要:

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.

详细信息:

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

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