GW5(LOC_Os05g09520, Liu et al. 2017; DQ991205, Weng et al. 2008), GSE5(LOC_Os05g09520, Duan et al. 2017), qSW5(AB433345, Shomura et al. 2008), 位于同一基因位點(diǎn)...

【突變體表型】

GW5顯著影響水稻粒寬和粒重（Liu et al. 2017）。

與野生型相比，GW5L或GW5過表達(dá)株系，籽粒細(xì)長，耐鹽性下降；而GW5L或GW5敲除株系的耐鹽性提高（Tian et al. 2019）。

【定位與克隆】

GW5初步定位于水稻第5染色體短臂SSR標(biāo)記RM3328和RM513之間，遺傳距離分別是2.33 cM 和0.37 cM。通過擴(kuò)大群體和發(fā)展CAPS標(biāo)記，GW5被精細(xì)定位在BAC克隆OJ1097_A12上，CAPS標(biāo)記Cw5和Cw6之間。在這個(gè)區(qū)間，與細(xì)長籽粒的野生型水稻相比，寬粒品種有段1212 bp核苷酸的缺失，而控制粒寬的GW5就位于這段缺失的序列中。GW5編碼一個(gè)144氨基酸組成的核定位蛋白，該蛋白包含一個(gè)核定位信號和一個(gè)富精氨酸區(qū)域（Weng et al 2008）。

利用粳稻品種日本晴和秈稻品種Kasalath 雜交構(gòu)建的F₂ 群體，在第5染色體定位到一個(gè)控制粒寬的主效QTL，命名為qSW5。通過圖位克隆將qSW5 精細(xì)定位在2263 bp內(nèi)，最后通過基因表達(dá)分析，以及互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)確定其中一個(gè)ORF（開放閱讀框）為qSW5（Shomura et al. 2008）。

GW5精細(xì)定位于含有1212-bp缺失的21-kb基因組區(qū)域，在1212 bp缺失下游約5 kb的區(qū)域，有一個(gè)編碼鈣調(diào)素結(jié)合蛋白的基因，即GW5。存在于寬粒品種的1212 bp缺失通過調(diào)控GW5的表達(dá)量進(jìn)而調(diào)控籽粒大小。GW5的表達(dá)水平而不是其編碼序列變化，影響粒寬。利用CRISPR技術(shù)將GW5基因敲除，可以增加其它不含1212 bp缺失的水稻品種籽粒的粒寬和粒重，達(dá)到增產(chǎn)的效果（Liu et al. 2017）。

右圖：全基因組關(guān)聯(lián)分析鑒定水稻粒寬數(shù)量性狀位點(diǎn)GSE5。(A)，全基因組關(guān)聯(lián)分析(GWAS)定位控制水稻粒寬的數(shù)量性狀位點(diǎn)。(B)，第5染色體粒寬位點(diǎn)的曼哈頓圖(上)和LD熱圖(下)。(C)，22.42-kb區(qū)間內(nèi)包含qSW5和LOC_Os05g09520(GSE5)兩個(gè)基因。絕大多數(shù)粳稻在qSW5區(qū)域缺失1.2 kb(DEL2)；寬粒秈稻在qSW5的3’-區(qū)域缺失950bp (DEL1)，同時(shí)在LOC_Os05g09520(GSE5)的5’-區(qū)域有367bp的插入(IN1)，且在LOC_Os05g09520(GSE5)基因的第一個(gè)外顯子有一G到A的轉(zhuǎn)換。qSW5在窄粒秈稻中沒有缺失。(D)，qSW5在秈稻中的表達(dá)量。1代表在含有qSW5完整序列的秈稻品種的表達(dá)量；2表示在qSW5的3’-區(qū)域缺失950bp (DEL1)的秈稻品種的表達(dá)量(n = 34/36)。(E)，單因素方差分析表明qSW5的3’-區(qū)域缺失950bp (DEL1)與秈稻粒寬相關(guān)聯(lián)(n = 68/65)。

【時(shí)空表達(dá)譜】

GW5在各個(gè)水稻器官中均表達(dá)，其中在幼穗中表達(dá)水平最高（Liu et al. 2017）。

【亞細(xì)胞定位】

細(xì)胞膜（Liu et al. 2017）；細(xì)胞核（Weng et al. 2008）

【生物學(xué)功能】

GW5蛋白是油菜素內(nèi)酯信號傳導(dǎo)的新型正調(diào)因子，可與糖原合酶激酶GSK2物理互作并抑制GSK2激酶活性。GW5抑制GSK2的自磷酸化及GSK2對OsBZR1和DLT的磷酸化，影響細(xì)胞核中未磷酸化的OsBZR1和DLT蛋白的積累，從而調(diào)節(jié)油菜素內(nèi)酯響應(yīng)基因的表達(dá)水平和生長響應(yīng)，包括粒寬和粒重（Liu et al. 2017）。

GSE5編碼一個(gè)鈣調(diào)素結(jié)合蛋白，可以與水稻鈣調(diào)素蛋白OsCaM1-1在體內(nèi)相互作用。GSE5啟動(dòng)子區(qū)域的缺失是導(dǎo)致水稻品種粒寬變異的遺傳基礎(chǔ)。細(xì)胞學(xué)分析表明GSE5通過影響種子的細(xì)胞數(shù)目來控制籽粒寬度和粒型（Duan et al. 2017）。

日本晴的qSW5基因生物學(xué)功能表現(xiàn)為通過增加水稻小花外穎細(xì)胞數(shù)目，增加水稻穎殼的容量，最終表現(xiàn)為粒寬的增加。攜帶Kasalath qSW5位點(diǎn)的進(jìn)等基因系由于粒寬變小，大田產(chǎn)量降低10%，而通過RNAi將Kasalath qSW5位點(diǎn)中ORF1的表達(dá)下調(diào)可以使粒寬變大而實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)，因此功能喪失的qSW5位點(diǎn)在育種中具有應(yīng)用價(jià)值（Shomura et al. 2008）。

通過酵母雙雜交實(shí)驗(yàn)證實(shí)GW5與多聚泛素有相互作用，表明GW5可能通過泛素蛋白酶體途徑調(diào)節(jié)粒寬和粒重。因此，GW5可能與GW2有相似的作用。GW5功能的缺失將不能將泛素轉(zhuǎn)移到靶蛋白上，因而使得本應(yīng)降解的底物不能被特異識別，進(jìn)而激活穎花外殼細(xì)胞的分裂，從而增加穎花外殼的寬度，最終谷殼的寬度、粒重以及產(chǎn)量都得到了增加（Weng et al. 2008）。

【評注】

通過研究亞洲各地142個(gè)古老品種水稻，除了解qSW5 基因的變異情況外，還研究了編碼顆粒結(jié)合淀粉合成酶的wx基因，以及控制水稻落粒性的qSH1基因變異情況。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過結(jié)合qSW5 、wx 和qSH1 這3個(gè)基因的變異形成了現(xiàn)在的“日本晴”。這也就證明了qSW5 在水稻的人工選擇過程中扮演了重要的角色。

【相關(guān)登錄號】

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