Plant Physiology | 南农董汉松团队研究揭示水通道蛋白促进植物防御的机制！

活性氧（ROS）在植物对病原体感染的防御中起着重要作用，在植物与病原体相互作用过程中，ROS产生的一个主要场所是质外体。质外体的ROS，特别是超氧化物（O₂^-），主要由位于质膜的NADPH氧化酶（NOX）产生。感受到微生物分子模式如细菌鞭毛蛋白后，质膜定位的模式识别受体（PRR）复合物激活中心免疫调节因子BOTRYTIS-INDUCEDKINASE1（BIK1）。被激活的BIK1从PRR复合物中释放出来，并直接磷酸化NOX以激活质外体的O₂^-生产。O₂^-产生后被分解为过氧化氢（H₂O₂），这得到了存在于质外体中的超氧化物歧化酶（SOD）的帮助。与其前体相比，H₂O₂是ROS的一个相对稳定的组成部分。H₂O₂可以通过水通道蛋白（AQP）超级家族的特定成员运输到细胞质中。细胞质中的H₂O₂作为第二信使介导多种防御反应，如激活有丝分裂原激活的蛋白激酶（MAPKs）和胼胝体的沉积。然而，迄今为止，水通道蛋白和H₂O₂在植物免疫中的功能关系基本上没有被剖析。

2021年12月27日，国际权威学术期刊Plant Physiology发表了南京农业大学董汉松团队的最新相关研究成果，题为Aquaporin OsPIP2;2 Links the H2O2 Signal and a Membrane-anchored Transcription Factor to Promote Plant Defense的研究论文。

在这篇文章中，科研人员报告了水稻水通道蛋白OsPIP2;2将病原体诱导的质外体H₂O₂转运到细胞质中，以加强水稻对各种病原体的抵抗力。OsPIP2;2运输的H₂O₂对于微生物分子模式flg22激活MAPK级联并诱导下游防御反应是必需的。在对flg22的反应中，OsPIP2;2在丝氨酸残基S125处被磷酸化，并因此获得了运输H₂O₂的能力。磷酸化的OsPIP2;2还触发OsmaMYB（一种膜锚定的MYB转录因子）转位到植物细胞核中，以传递flg22诱导的防御反应，对抗病原体感染。相反，如果OsPIP2;2没有被磷酸化，OsmaMYB仍然与质膜相关，植物防御反应不再被诱导。这些结果表明，OsPIP2;2通过介导H₂O₂进入植物细胞和介导OsmaMYB从质膜到细胞核的转运来积极地调节植物的先天免疫。

图1.OsPIP2;2介导了酵母中的H₂O₂运输

图2.OsPIP2;2赋予对不同水稻病原菌的抗性

图3.OsPIP2;2将PAMP诱导的质外体H₂O₂与PTI途径相连

图4.OsPIP2;2在S125的磷酸化是H₂O₂运输所必需的

图5.OsPIP2;2与OsmaMYB结合

图6.OsmaMYB有助于植物的免疫，并激活 OsPIP2;2在S125的磷酸化

图7.OsPIP2;2通过H₂O₂运输和OsmaMYB调控植物免疫力的模型

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