植物质膜内在蛋白（PIPs）是一类保守的水通道蛋白，通过转运小分子触发胁迫应激反应，帮助植物适应多种非生物胁迫（包括干旱、高盐和极端温度等）。最近的研究表明，PIPs也参与植物对病原体的防御过程，但其在植物响应病原体免疫应答中的具体功能还有待深入挖掘。
近日，（中国）有限责任公司陈乐天课题组在The Crop Journal在线发表了题为“Global characterization of OsPIP aquaporins reveals that the H2O2 transporter OsPIP2;6 increases resistance to rice blast”的研究论文，作者分析了水稻（Oryza sativa）中11个OsPIPs的表达模式、亚细胞定位和H2O2转运能力，并以此锁定了水稻抗病重要蛋白OsPIP2;6，进而揭示其与OsPIP2;2形成转运复合体协同防御病原体的分子机制。
通过亚细胞定位和蛋白共表达分析，研究者发现，OsPIP1s特异定位于内质网，而OsPIP2s则定位于内质网和质膜。但当OsPIP1与OsPIP2共表达时，OsPIP1的定位模式从内质网转变为质膜，这表明PIP2能帮助PIP1适当定位到质膜。为了研究OsPIPs对H2O2的转运能力，作者在酵母中分别表达每个OsPIP，并进行H2O2处理。结果表明，经H2O2外源处理后，表达OsPIP2;2、OsPIP2;3、OsPIP2;4、OsPIP2;5或OsPIP2;6的酵母转化子的生长都受到了不同程度的抑制，其中表达OsPIP2;6的酵母表现出最为严重的生长抑制，表明OsPIP2;6转运H2O2的活性最强（图1）。表达OsPIP2;6的酵母中H2O2的积累水平也证实了上述结果。作者进一步在粳稻材料Nipponbare和Tohhoku IL-6中分别敲除OsPIP2;6，并鉴定不同背景突变体PIP2;6-KO对稻瘟病菌M. oryzae的抗病反应。结果发现，敲除OsPIP2;6后，水稻在苗期和拔节期对M. oryzae的感病性均有所增加（图2），表明OsPIP2;6具有防御稻瘟病的作用。
另一方面，OsPIP2;2已被证实能通过转运病原菌诱导的H2O2来提高水稻对真菌和细菌病原体（M. oryzae）的抗性，而水通道蛋白主要以四聚体的方式发挥作用，因此作者猜测OsPIP2;6和OsPIP2;2形成异源四聚体共同行使转运功能。为了验证上述猜想，作者利用多种分子手段鉴定了OsPIP2;6和OsPIP2;2的体内分子互作关系。结合现有研究结果，作者提出了H2O2转运蛋白OsPIP2的免疫应答模型（图3）。该研究揭示了OsPIP2;6在水稻抗病反应中的重要功能，为水稻分子设计育种提供了新靶标。
博士后李构思和韩靖鸾为该论文共同第一作者，陈乐天教授和张雅玲博士为该论文共同通讯作者。该研究得到广东省基础与应用基础研究基金项目的资助。
图1 OsPIPs的H2O2转运能力分析
图2 敲除OsPIP2;6增加水稻对M. oryzae的感病性
图3 H2O2转运蛋白OsPIP2参与植物免疫应答的工作模型
文图/生命科学学院