GS3(DQ355996, Fan et al. 2006; qRT-PCR primers: 5'-ctccaccgcgagatcggattc/catgacttcgcttctccgatg-3', Shen et al. 2023), TT2(Os03g0407400, Kan et al. 2022), OsSYL3(Os03g0407400, Dang et al. 2020), 位于同一基因位點(diǎn)...

GS3 位點(diǎn)，是控制水稻粒重和粒長(zhǎng)的主效QTL，同時(shí)也是控制水稻粒寬和籽粒充實(shí)度的微效QTL。

【基因定位分析】

GS3 定位于水稻第3 染色體近著絲粒區(qū)，與標(biāo)記GS09和MRG5881連鎖。以明恢63(大粒)為輪回親本與川7(小粒)進(jìn)行連續(xù)雜交和回交，構(gòu)建了GS3 的近等基因系。對(duì)BC₃F₂ 后代的201 個(gè)隨機(jī)個(gè)體進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)GS3 解釋了該群體80-90% 的粒重和粒長(zhǎng)的變異(Fan et al., 2006)。

【基因克隆與生物學(xué)功能分析】

GS3 cDNA全長(zhǎng)956bp，包含5個(gè)外顯子，編碼一個(gè)由232 個(gè)氨基酸組成的跨膜蛋白，該蛋白產(chǎn)物包含下列4 個(gè)結(jié)構(gòu)域：一種植物特有的調(diào)節(jié)器官大小的結(jié)構(gòu)域(organ size regulation, OSR)、一個(gè)跨膜區(qū)、腫瘤壞死因子受體/神經(jīng)生長(zhǎng)因子受體(tumor necrosis factor receptor/nerve growth factor receptor, TNFR/NGFR)家族中富含半胱氨酸的同源區(qū)域和C 端的C型血管性血友病因子(von Willebrand factor type C, VWFC模塊)。OSR 結(jié)構(gòu)域以前稱為PEBP 結(jié)構(gòu)域。序列分析表明，與小粒品種相比，大粒品種GS3 第2 外顯子中編碼第55 位半胱氨酸的密碼子TGC 突變成終止密碼子TGA，造成蛋白翻譯提前終止(缺失了178 個(gè)氨基酸)，從而使得類PEBP 結(jié)構(gòu)域殘缺并缺少其他3 個(gè)功能域，這表明GS3 編碼的蛋白對(duì)粒重起負(fù)調(diào)控作用（Fan et al., 2006）。在最近的數(shù)據(jù)庫(kù)軟件分析中發(fā)現(xiàn)GS3 并不屬于PEBP 蛋白家族，通過比對(duì)發(fā)現(xiàn)推測(cè)的GS3 PEBP 結(jié)構(gòu)大約只有三分之一長(zhǎng)度的PEBP，僅有20.3%-28.4%相似性。通過數(shù)據(jù)庫(kù)同源比對(duì)發(fā)現(xiàn)，GS3 的N端具有一個(gè)多數(shù)被子植物中高度類似且保守的66 aa的結(jié)構(gòu)域，如控制穗型的DEP1。作者暫時(shí)將該結(jié)構(gòu)命名為OSR（Mao et al., 2010）。

禾谷類作物的產(chǎn)量很大程度上取決于其籽粒的大小。GS3 是一個(gè)控制籽粒大小的主效QTL，它在調(diào)節(jié)籽粒和器官大小中發(fā)揮負(fù)調(diào)節(jié)子的功能。通過原位雜交顯示GS3 在幼穗中表達(dá)，并隨著穗子發(fā)育而減少，在其它組織如胚、莖端分生組織、葉和莖中有微弱表達(dá)，但在根冠中大量表達(dá)，real-time PCR同時(shí)證實(shí)了上述結(jié)果。野生型等位基因包含有四個(gè)推測(cè)的結(jié)構(gòu)域：N 端的OSR結(jié)構(gòu)域，一個(gè)跨膜區(qū)，TNFR/NGFR家族富半胱氨酸結(jié)構(gòu)域，以及C 端的VWFC。這些結(jié)構(gòu)域在調(diào)節(jié)籽粒大小中發(fā)揮不同的功能：OSR結(jié)構(gòu)域作為一個(gè)負(fù)調(diào)節(jié)子發(fā)揮作用是充分必要的，野生型等位基因?qū)��?yīng)形成中等長(zhǎng)度的籽粒，而OSR 結(jié)構(gòu)功能的丟失會(huì)導(dǎo)致形成長(zhǎng)的籽粒；C端TNFR/NGFR 和VWFC 結(jié)構(gòu)域顯示出對(duì)OSR 功能的抑制作用，這兩個(gè)功能域失活突變會(huì)產(chǎn)生非常短的籽粒。本研究將GS3 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)域的功能與水稻種子籽粒大小的自然變異聯(lián)系了起來（Mao et al., 2010）。

水稻中3個(gè)G蛋白γ亞基GS3、DEP1和GGC2，因蛋白C端結(jié)構(gòu)域變異導(dǎo)致其功能分化。DEP1和GGC2的C端結(jié)構(gòu)域介導(dǎo)G蛋白信號(hào)傳導(dǎo)，其功能發(fā)揮依賴G蛋白β亞基RGB1和α亞基RGA1，它們對(duì)籽長(zhǎng)的調(diào)節(jié)作用是加性的。GS3本身對(duì)籽粒大小無(wú)影響，但它與DEP1或GGC2競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合Gβ，縮短粒長(zhǎng)（Sun et al. 2018）。

高溫脅迫下維持正常的蠟質(zhì)含量對(duì)于水稻耐熱性至關(guān)重要，轉(zhuǎn)錄因子OsWR2正調(diào)控蠟質(zhì)合成。SCT1和SCT2可以直接結(jié)合OsWR2啟動(dòng)子，抑制OsWR2表達(dá)，負(fù)調(diào)控水稻耐熱性。SCT1/SCT2帶有鈣依賴的鈣調(diào)素(CaM)結(jié)合位點(diǎn)，可以通過與CaM的互作來解碼胞內(nèi)的鈣信號(hào)。當(dāng)G蛋白γ亞基TT2功能正常，高溫會(huì)誘導(dǎo)鈣信號(hào)的產(chǎn)生并使得胞內(nèi)鈣濃度提高，高濃度的鈣離子會(huì)被CaM感知，并促進(jìn)CaM與SCT1/SCT2互作，從而加強(qiáng)SCT1/SCT2的轉(zhuǎn)錄抑制活性，最終導(dǎo)致OsWR2在高溫下的表達(dá)量迅速下調(diào)，蠟質(zhì)減少無(wú)法抵御高溫，呈現(xiàn)出熱敏感表型；當(dāng)TT2功能缺失時(shí)，熱誘導(dǎo)的鈣信號(hào)減弱，進(jìn)而減弱了SCT1與CaM的互作，降低了SCT1轉(zhuǎn)錄抑制活性，最終維持了OsWR2在高溫脅迫下的正常表達(dá)和穩(wěn)定的蠟質(zhì)含量，呈現(xiàn)出耐熱表型（Kan et al. 2022）。

GS3、GW8和GS9都參與了水稻穎花和柱頭的發(fā)育調(diào)控，影響其長(zhǎng)度或?qū)挾�。三�?em>gs3/gw8/gs9促進(jìn)穎花和柱頭細(xì)胞的縱向分裂并抑制其橫向分裂，進(jìn)而顯著提高了秈稻和粳稻的柱頭外露率達(dá)50%以上，并提高雜交制種產(chǎn)量，且不影響水稻的生長(zhǎng)發(fā)育與農(nóng)藝性狀（Zhu et al. 2023）。

攜帶OsSYL3^AA等位基因的材料的花柱長(zhǎng)度顯著長(zhǎng)于攜帶OsSYL3^CC等位基因材料。OsSYL3^AA和OsSYL2^AA等位基因頻率隨著北半球緯度的增加而逐漸降低（Dang et al. 2020）。

OsGAMYBL2是OsmiR159的靶基因，正調(diào)節(jié)水稻對(duì)褐飛虱的抗性。OsGAMYBL2可以直接結(jié)合G蛋白γ亞基編碼基因GS3的啟動(dòng)子并抑制其表達(dá)。STTM159、GAMYBL2OE和GS3-4OE表現(xiàn)出相似的矮稈和小粒。GS3負(fù)調(diào)控褐飛虱的抗性，GS3過表達(dá)植株易感，而GS3敲除系對(duì)褐飛虱具有抗性（Shen et al. 2023）。

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