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科研动态 | 红树植物秋茄水通道蛋白转运水和过氧化氢的功能以及在适应滨海湿地环境中的作用

发布时间:2022-05-24

近日,实验室郑海雷教授课题组在国际期刊Plant, Cell & Environment 上发表了题为“Genome-wide identification and characterization of aquaporins in mangrove plant Kandelia obovata and its role in response to intertidal environment”的研究论文,揭示了红树植物秋茄水通道蛋白AQP的表达模式,转运水和过氧化氢的功能以及对几种环境胁迫(盐、水淹和冷)的响应

研究背景

水是生命之源,植物的生长和发育依赖水的吸收和运输。水在植物中的流动包括质外体和共质体途径。水通道蛋白(AQPs)跨膜运输水分子,它属于主要内在蛋白(MIP)家族,在调节植物细胞和组织的水分平衡中起着重要作用。植物水通道蛋白已被证明是水和其他小分子如CO2H2O2、尿素、氨、甘油、硅、硼和砷的运输通道。

作为一个典型的真红树林植物,秋茄对沿海湿地的极端潮间带环境具有高度的适应性,表现出对高盐、水淹、高光和高温等环境压力的耐受性。此外,在红树林植物中,秋茄在中国有最高的自然分布纬度,这表明秋茄与其他红树林相比有更强的耐寒性。尽管秋茄能够在海水中吸收水分并维持水分平衡,但秋茄AQP基因家族的信息和生理功能仍不清楚。

研究结果

该研究在秋茄全基因组中鉴定到了34个水通道蛋白基因,这些基因被分为五个亚家族,包括PIPTIPNIPSIPXIP。系统发育、基因结构、保守序列、蛋白质结构分析表明KoAQP(秋茄水通道蛋白)在进化上是保守的,具有水通道蛋白的一般特征。顺式元件分析显示在KoAQPs基因的启动子区域有胁迫和激素类的响应元件,表明 KoAQP 可能对胁迫和激素有响应。亚细胞定位和功能分析表明,KoAQPs在细胞膜或亚细胞器膜上起转运 H2O H2O2 的功能。组织特异性表达谱显示KoAQPs在根、茎、叶、花和果实发育的各个阶段中的有不同的表达模式,表明KoAQPs在植物生长发育和生殖发育过程中发挥重要作用。此外,实时荧光定量PCR分析结合转录组数据表明,环境改变会导致KoAQPs的表达量发生变化,它对环境因素具有复杂的响应,包括盐度、水淹和寒冷。总的来说,KoAQPs 对水和溶质的运输有助于秋茄适应沿海潮间带环境。

1KoAQPs的亚细胞定位和KoAQPs转运水的功能

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2:在含H 2O2的培养基上表达KoAQP基因的酵母细胞的毒性生长测定

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3KoAQP响应环境压力和对H2OH2O2运输的模型

通常植物在受到胁迫后细胞中会积累过量的H2O2,红树植物秋茄在经历盐、水淹和冷刺激后,也会导致叶绿体、线粒体、细胞质和质外产生过量的H2O2,同时这些环境胁迫也会导致一些KoAQPs的表达量上升,其中一些表达量上升的水通道蛋白可以将过量的H2O2运输到液泡中降解,最终减少胁迫造成的损伤。

研究团队

环境与生态学院博士生郭泽军为论文的第一作者,郑海雷教授、李庆顺教授和沈英嘉教授为论文的共同通讯作者,博士生马东娜、李静、魏明月、张露丹、何姗姗和,硕士周丽春、王琳和工程技术人员周晓旋也参加了研究工作。本研究得到国家重点研发计划项目、国家自然科学基金的支持。


论文来源:Guo, Z., Ma, D., Li, J., Wei, M., Zhang, L., Zhou, L., Zhou, X., He, S., Wang, L., Shen, Y., Li, Q.Q., and Zheng, H.L. (2022). Genome-wide identification and characterization of aquaporins in mangrove plant Kandelia obovata and its role in response to the intertidal environment. Plant, Cell & Environment 45: 1698-1718.

论文连接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pce.14286



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