直立密穗基因DEP1的新功能——调控水稻的氮利用率

2009年，中国科学院遗传与发育生物学研究所傅向东研究组与中国水稻研究所钱前研究组合作，从中国东北超级稻品种沈农265中成功分离出控制水稻产量的关键多效基因DEP1(Dense and Erect Panicle1)，在该位点上的显性基因是由于获得性突变造成的。这个突变的DEP1基因能促进细胞分裂，降低穗颈节长度并使稻穗变密、枝梗数增加、每穗籽粒数增多，稻穗直立,从而促进水稻增产。研究人员还发现，目前在我国东北和长江中下游地区大面积种植的直立和半直立穗型的高产水稻品种都含有突变的DEP1基因，表明DEP1基因已在我国水稻增产中发挥了关键作用。

DEP1位点编码与磷脂酰乙醇胺结合蛋白有类似功能域的蛋白。

Xianzhong Huang;Qian Qian;Zhengbin Liu;Hongying Sun;Shuyuan He;Da Luo;Guangmin Xia;Chengcai Chu;Jiayang Li;Xiangdong Fu, Natural variation at theDEP1locus enhances grain yield in rice, Nature Genetics, 2009, 41(4): 494-497

Xiuhua Yi;Zujian Zhang;Shengyuan Zeng;Chunyan Tian;Juncheng Peng;Min Li;Yue Lu;Qingcai Meng;Minghong Gu;Changjie Yan，Introgression ofqPE9-1 allele, conferring the panicle erectness, leads to the decrease of grain yield per plant in japonica rice (Oryza sativa L.)，Journal of genetics and genomics, 2011, 38(5): 217-223

2011年，傅向东课题组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。通过定位克隆和遗传互补实验，研究人员发现qNGR9就是DEP1。

2014年，傅向东研究组在Nature Genetics上发表文章表明，不同的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(Heterotrimeric G proteins, 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持续地提高水稻产量的一个有前景的策略。