華南農(nóng)業(yè)大學(xué)陳樂天課題組揭示H2O2轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白OsPIP2;6在防御稻瘟病中的重要功能

　　植物質(zhì)膜內(nèi)在蛋白（PIPs）是一類保守的水通道蛋白，通過轉(zhuǎn)運(yùn)小分子觸發(fā)脅迫應(yīng)激反應(yīng)，幫助植物適應(yīng)多種非生物脅迫（包括干旱、高鹽和極端溫度等）。最近的研究表明，PIPs也參與植物對(duì)病原體的防御過程，但其在植物響應(yīng)病原體免疫應(yīng)答中的具體功能還有待深入挖掘。

 

　　近日，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)陳樂天課題組在The Crop Journal在線發(fā)表了題為“Global characterization of OsPIP aquaporins reveals that the H2O2 transporter OsPIP2;6 increases resistance to rice blast”的研究論文，作者分析了水稻（Oryza sativa）中11個(gè)OsPIPs的表達(dá)模式、亞細(xì)胞定位和H2O2轉(zhuǎn)運(yùn)能力，并以此鎖定了水稻抗病重要蛋白OsPIP2;6，進(jìn)而揭示其與OsPIP2;2形成轉(zhuǎn)運(yùn)復(fù)合體協(xié)同防御病原體的分子機(jī)制。

 

　　通過亞細(xì)胞定位和蛋白共表達(dá)分析，研究者發(fā)現(xiàn)，OsPIP1s特異定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，而OsPIP2s則定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和質(zhì)膜。但當(dāng)OsPIP1與OsPIP2共表達(dá)時(shí)，OsPIP1的定位模式從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)膜，這表明PIP2能幫助PIP1適當(dāng)定位到質(zhì)膜。為了研究OsPIPs對(duì)H2O2的轉(zhuǎn)運(yùn)能力，作者在酵母中分別表達(dá)每個(gè)OsPIP，并進(jìn)行H2O2處理。結(jié)果表明，經(jīng)H2O2外源處理后，表達(dá)OsPIP2;2、OsPIP2;3、OsPIP2;4、OsPIP2;5或OsPIP2;6的酵母轉(zhuǎn)化子的生長(zhǎng)都受到了不同程度的抑制，其中表達(dá)OsPIP2;6的酵母表現(xiàn)出最為嚴(yán)重的生長(zhǎng)抑制，表明OsPIP2;6轉(zhuǎn)運(yùn)H2O2的活性最強(qiáng)（圖1）。表達(dá)OsPIP2;6的酵母中H2O2的積累水平也證實(shí)了上述結(jié)果。作者進(jìn)一步在粳稻材料Nipponbare和Tohhoku IL-6中分別敲除OsPIP2;6，并鑒定不同背景突變體PIP2;6-KO對(duì)稻瘟病菌M. oryzae的抗病反應(yīng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，敲除OsPIP2;6后，水稻在苗期和拔節(jié)期對(duì)M. oryzae的感病性均有所增加（圖2），表明OsPIP2;6具有防御稻瘟病的作用。

 

　　另一方面，OsPIP2;2已被證實(shí)能通過轉(zhuǎn)運(yùn)病原菌誘導(dǎo)的H2O2來提高水稻對(duì)真菌和細(xì)菌病原體（M. oryzae）的抗性，而水通道蛋白主要以四聚體的方式發(fā)揮作用，因此作者猜測(cè)OsPIP2;6和OsPIP2;2形成異源四聚體共同行使轉(zhuǎn)運(yùn)功能。為了驗(yàn)證上述猜想，作者利用多種分子手段鑒定了OsPIP2;6和OsPIP2;2的體內(nèi)分子互作關(guān)系。結(jié)合現(xiàn)有研究結(jié)果，作者提出了H2O2轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白OsPIP2的免疫應(yīng)答模型（圖3）。該研究揭示了OsPIP2;6在水稻抗病反應(yīng)中的重要功能，為水稻分子設(shè)計(jì)育種提供了新靶標(biāo)。

 

　　博士后李構(gòu)思和韓靖鸞為該論文共同第一作者，陳樂天教授和張雅玲博士為該論文共同通訊作者。該研究得到廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金項(xiàng)目的資助。