等位基因特性及蛋白質結構分析顯示基因剪接點位突變參與鵲豆生長習性表現差異調控 (文獻摘要譯文) - 農業知識入口網

背景：

生長習性與開花間之相互關聯，在豆類馴化歷史中扮演著重要角色。然而，控制這些性狀的確切基因仍未在鵲豆(Lablab purpureus；Indian bean)中被發現。有限型(determinate)生長習性受到歡迎，其原因在於具有早期開花、光不敏感性(photo-insensitivity)、莢果同步成熟性(synchronous pod maturity)、易於人工採收，以及短作物生長週期等特性。本研究目的係利用候選基因(candidate gene)，搭配定序、多重序列比對(multiple sequence alignment)、蛋白質結構預測(protein structure prediction)及結合袋點分析(binding pocket analysis)等方法，辨識並證明鵲豆生長習性之控制基因。

結果：

利用設計自菜豆PvTFL1y基因座之引子，分別將基因型GPKH 120 (無限型；indeterminate)及GNIB 21 (有限型；determinate)的開花抑制基因座(terminal flowering locus；TFL)進行擴增。基因預測(gene prediction)結果顯示，上述二個等位基因在其第3、4外顯子(exon)間存有長度差異。等位基因序列比較則指出，基因型GNIB 21在第3外顯子末端，出現腺嘌呤(adenine；A）轉換鳥嘌呤(guanine；G)之情形，而此基因剪接點位(splice site)之單一核苷酸多型性(single-nucleotide polymorphism；SNP)，已藉由種原品系定序獲得證實。在蛋白質結構分析方面，開花抑制基因座(TFL)之蛋白質產物共有2個結合袋點(binding pocket)，且均涉及與其他蛋白質間之互動。

結論：

位於TFL基因座第3外顯子末端之基因剪接點位單一核苷酸多型性，其為基因型GNIB 21(有限型)之莖頂分生組織(shoot apical meristem)轉化進入生殖階段之導因。該基因剪接點位SNP導致GNIB 21開花抑制蛋白(TFL protein)發生突變，並導致其14個胺基酸缺失及功能喪失。由於該蛋白質之小區域β摺疊結構發生移位(displacement)而遠離其外部環狀構造(external loop)，進而使先前曾被報導的陰離子結合袋點(anion-binding pocket)與二級結合袋點(secondary binding pocket)，在形成上受到該缺失(deletion)之妨礙。本項發現則可能實現以基因體編輯(genome editing)方式，來調節鵲豆及其他豆類作物之生長習性。

譯自：

Kaldate, S., Patel, A., Modha, K. et al. Allelic characterization and protein structure analysis reveals the involvement of splice site mutation for growth habit differences in Lablab purpureus (L.) Sweet. J Genet Eng Biotechnol 19, 34 (2021). ttps://doi.org/10.1186/s43141-021-00136-z