【Mol Plant】 小麦一种水通道蛋白促进生长与防卫的分子机制

植物生长与防卫之间协调机理的研究，可为未来分子育种提供理论依据。植物细胞膜内在蛋白（plasma membrane intrinsic proteins, PIPs）属于水通道蛋白，介导H2O、CO2、H2O2等小分子化合物在细胞内外转运，借此调控植物生长发育和免疫反应。PIPs这种多重功能机制可用来克服“生长-防卫博弈（growth-defense tradeoff）关系”，兼顾作物病虫害防治和粮食生产。

https://doi.org/10.1016/j.molp.2022.10.003

2022年10月7日，山东农业大学董汉松教授课题组与陕西师范大学张美祥教授课题组合作，在Molecular Plant上在线发表了题为“Phosphorylation of a wheat aquaporin at two sites enhances both plant growth and defense”的研究文章，揭示小麦水通道蛋白TaPIP2;10在两个位点上的磷酸化可同步改善小麦的产量和对白粉病、赤霉病与蚜虫的抗性，为未来分子抗病育种提供了重要参考。

首先，研究人员证明了TaPIP2;10运输CO2、增强光合作用、提高小麦生长发育和籽粒产量的功能和分子机制。小麦株高、鲜重、粒重和籽粒产量均由于TaPIP2;10沉默而显著降低，因TaPIP2;10过表达而显著提高。CO2诱导TaPIP2;10在S280上发生磷酸化，磷酸化的TaPIP2;10将环境CO2转入小麦细胞，因而促进光合作用，促进生长发育，最终提高籽粒产量。

接着，研究人员揭示了TaPIP2;10转运H2O2激活免疫反应的分子机制和抗病虫功效。白粉病菌接种或病原物模式分子处理强烈诱导小麦在质外体产生H2O2，H2O2诱导TaPIP2;10在丝氨酸位点S210上发生磷酸化，磷酸化的TaPIP2;10将质外体H2O2转入细胞质，H2O2随后激活模式分子触发的免疫反应（pattern-triggered immunity, PTI）。

小麦质外体H2O2爆发也能因麦长管蚜取食而产生，H2O2同样诱导TaPIP2;10在S210上发生磷酸化，同样经由TaPIP2;10跨膜转运进入小麦细胞质，H2O2随后激发小麦韧皮部防卫反应（phloem-based defense, PBD）。

无论病菌侵染还是蚜虫侵袭，都能激活PTI和PBD。PTI和PBD的激活能有效抵御病菌侵染和蚜虫侵袭，从而显著挽回病虫（白粉病、赤霉病、麦长管蚜）造成的产量损失。根据上述结果，作者提出了TaPIP2;10促进小麦生长发育和抗病抗虫的功能模式。

董汉松课题组的应届博士毕业生卢凯、年轻教师陈晓晨博士和在读博士研究生姚晓辉为该论文的共同第一作者，山东农业大学董汉松教授、邹珅珅副教授和陕西师范大学张美祥教授为共同通讯作者，山东农业大学、陕西师范大学、南京大学、烟台农业科学院共20位师生参与了该工作。该研究得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金、山东农业大学自主科技创新基金的资助。

转自：“iPlants”微信公众号

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