近日，中国热带农业科学院热带生物技术研究所/热带作物生物育种全国重点实验室/福建农林大学阙友雄/吴期滨团队在Elsevier出版的植物逆境生物学领域专业期刊Plant Stress发表了题为“Aquaporin-mediated stress signaling cascade in plants”的综述文章。高等植物在生长发育过程中常面临着各种环境因子所带来的影响。水通道蛋白 (Aquaporins, AQPs) 是一种参与水分转运的通道蛋白，在高等植物的生长发育及胁迫耐受的过程中扮演着重要角色。该文章对高等植物水通道蛋白（AQPs）的种类、结构、调控及胁迫响应等方面进行了综述，在前人研究的基础上构建了植物水通道蛋白（AQPs）应答生物及非生物胁迫的模型，并对未来的研究方向进行了展望。
水通道蛋白（AQPs）不仅参与水分转运途径中的共质体与质外体途径，还作为细胞膜上的重要水分子通道，在细胞和组织层面均有举足轻重的地位 (图1a)。水通道蛋白（AQPs）在内质网产生，并在LxxxA基序的作用下转运至高尔基体进行加工，然后通过SYP61和SYP121介导转移至细胞膜上。同时，定位于质膜上的水通道蛋白（AQPs）在GA信号的介导下返回高尔基体，并由早期核内体转移至囊泡中。此外，在泛素化的作用下，水通道蛋白（AQPs）的降解也同时发生于细胞内 (图1b)。在结构方面，AQPs由5个环状结构及其连接的6个α-螺旋跨膜结构组成，并含有两个Asn-Pro-Ala 基序 (NPA -motif) (图1c)。在分类方面，AQPs可分为8个亚类，但高等植物中对AQPs的研究主要集中在质膜内在蛋白 (Plasma membrane intrinsic proteins, PIPs)、液泡膜内在蛋白 (Tonoplast membrane intrinsic proteins, TIPs)、Nod26-like内在蛋白 (Nodulin26-like major intrinsic proteins, NIPs) 和小内在蛋白 (Small and basic intrinsic proteins, SIPs)。在功能方面，AQPs作为植物响应生物和非生物胁迫的重要一环，参与对水、营养物质、CO2和H2O2的运输。在调控方面，AQPs的活性受到转录、蛋白修饰、酸碱度 (pH) 和信号转导的影响 (图1d)。其中特别值得注意的是，AQPs的磷酸化和泛素化修饰在其参与水及H2O2的转运过程中扮演着十分重要的角色。
图1. 水分转运途径及水通道蛋白的表达及调控模型
a. 叶片细胞中的水分转运途径；b. AQPs的产生，运输及降解；c. AQPs的结构；d. AQPs的调控
该论文对AQPs在高等植物中的研究进展进行了综述，并预测了AQPs在植物响应生物和非生物胁迫中的功能模型 (图2)。生物胁迫方面，AQPs可能位于PTI及SAM通路的上游并基于Ca2+信号介导的CDPK等激酶的磷酸化作用调控ROS的爆发，激活PTI、SAM通路 (图2a)。非生物胁迫方面，AQPs中的水分负调节因子会在渗透胁迫压力下被自噬体降解，AQPs可能作为“交通工具”介导maMYB的切割及入核，促进其转录功能的发生 (图2b)。本文有望为进一步深入研究AQPs介导的高等植物胁迫信号级联机制提供参考。
图2. AQPs参与应答生物及非生物胁迫通路的预测模型
a. AQPs参与生物胁迫应答模型；b. AQPs参与非生物胁迫应答模型
中国热带农业科学院热带生物技术研究所/热带作物生物育种全国重点实验室/福建农林大学阙友雄研究员和吴期滨副研究员为本文共同通讯作者。厦门大学在读博士研究生/福建农林大学农学院已毕业硕士研究生汤翰臣为本文第一作者。福建农林大学国家甘蔗工程技术研究中心苏亚春副研究员和云南省农科院甘蔗研究所杨绍林助理研究员参与了文章的写作。本研究受到中央引导地方科技发展专项（2022L3086）、国家重点研发计划（2022YFD2301100）、农业农村部国家现代农业产业技术体系（CARS-17）以及广西和云南甘蔗遗传改良重点实验室开放课题（21-238-16-K-02-03和2023KFKT001）等项目的共同资助。
