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。
日期：2024-02-11
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。
日期：2024-02-11
