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    陳樂天課題組揭示H2O2轉運蛋白OsPIP2;6在防御稻瘟病中的重要功能

    來源單位及審核人:生命科學學院 王海洪編輯:李彥華審核發布:陳芃辰 發布時間:2024-01-05瀏覽次數:10

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

      近日,華南農業大學陳樂天課題組在The Crop Journal在線發表了題為“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OsPIPs的表達模式、亞細胞定位和H2O2轉運能力,并以此鎖定了水稻抗病重要蛋白OsPIP2;6,進而揭示其與OsPIP2;2形成轉運復合體協同防御病原體的分子機制。

      通過亞細胞定位和蛋白共表達分析,研究者發現,OsPIP1s特異定位于內質網,而OsPIP2s則定位于內質網和質膜。但當OsPIP1與OsPIP2共表達時,OsPIP1的定位模式從內質網轉變為質膜,這表明PIP2能幫助PIP1適當定位到質膜。為了研究OsPIPs對H2O2的轉運能力,作者在酵母中分別表達每個OsPIP,并進行H2O2處理。結果表明,經H2O2外源處理后,表達OsPIP2;2、OsPIP2;3、OsPIP2;4、OsPIP2;5或OsPIP2;6的酵母轉化子的生長都受到了不同程度的抑制,其中表達OsPIP2;6的酵母表現出最為嚴重的生長抑制,表明OsPIP2;6轉運H2O2的活性最強(圖1)。表達OsPIP2;6的酵母中H2O2的積累水平也證實了上述結果。作者進一步在粳稻材料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對稻瘟病菌M. oryzae的抗病反應。結果發現,敲除OsPIP2;6后,水稻在苗期和拔節期對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已被證實能通過轉運病原菌誘導的H2O2來提高水稻對真菌和細菌病原體(M. oryzae)的抗性,而水通道蛋白主要以四聚體的方式發揮作用,因此作者猜測OsPIP2;6和OsPIP2;2形成異源四聚體共同行使轉運功能。為了驗證上述猜想,作者利用多種分子手段鑒定了OsPIP2;6和OsPIP2;2的體內分子互作關系。結合現有研究結果,作者提出了H2O2轉運蛋白OsPIP2的免疫應答模型(圖3)。該研究揭示了OsPIP2;6在水稻抗病反應中的重要功能,為水稻分子設計育種提供了新靶標。

      博士后李構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與應用基礎研究基金項目的資助。

    圖1 OsPIPs的H2O2轉運能力分析

    圖2 敲除OsPIP2;6增加水稻對M. oryzae的感病性

     圖3 H2O2轉運蛋白OsPIP2參與植物免疫應答的工作模型


    文圖/生命科學學院


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