根の吸収における単一のアクアポリンアイソフォームの役割

アクアポリンは、細胞膜を横切る水の輸送を促進する遍在性のあるチャネルタンパク質です。アクアポリンは、植物で典型的に高いアイソフォームの多重性を示し、シロイヌナズナには35のホモログがあります。植物アクアポリンの統合機能と各個々のアイソフォームの機能は、よく理解されていないままです。マトリックス支援レーザー脱着/イオン化時間分析は、原形質膜固有タンパク質2; 2（PIP2; 2）がシロイヌナズナの根血漿膜で豊富に発現したアクアポリンアイソフォームの1つであることを示唆しています。PIP2の2つの独立したシロイヌナズナノックアウト変異体は、Agrobacterium Tumefaciens T-DNAの挿入によって変異化された植物系統のライブラリからのPCRベースの戦略を使用して分離されました。PIP2; 2プロモーター - ベータ - グルクロニダーゼ遺伝子融合のトランスジェニックシロイヌナズナの発現は、PIP2; 2が主に根で発現し、皮質、内胚葉、および幹で強い発現を示したことを示しました。細胞圧力プローブで測定された根皮質細胞の油圧導電率は、野生型と比較して2つの対立遺伝子PIP2; 2変異体で25から30％減少しました。さらに、遊離滲出測定により、野生型値に関して、2つのPIP2; 2変異体から切除された根の浸透圧導電率が14％減少しました。一緒に、我々のデータは、浸透圧液輸送に特化したアクアポリンとして、水の取り込みを根付き、PIP2; 2を特定するための単一のアクアポリン遺伝子の寄与の証拠を提供します。PIP2; 2には、96.8％のアミノ酸同一性が示されている密接なホモログPIP2; 3があります。PIP2; 2変異体の表現型は、その高い相同性とアイソフォームの多重性にもかかわらず、植物アクアポリンが非冗長機能で進化したことを示しています。

Aquaporins are ubiquitous channel proteins that facilitate the transport of water across cell membranes. Aquaporins show a typically high isoform multiplicity in plants, with 35 homologs in Arabidopsis. The integrated function of plant aquaporins and the function of each individual isoform remain poorly understood. Matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight analyses suggested that Plasma Membrane Intrinsic Protein2;2 (PIP2;2) is one of the abundantly expressed aquaporin isoforms in Arabidopsis root plasma membranes. Two independent Arabidopsis knockout mutants of PIP2;2 were isolated using a PCR-based strategy from a library of plant lines mutagenized by the insertion of Agrobacterium tumefaciens T-DNA. Expression in transgenic Arabidopsis of a PIP2;2 promoter-beta-glucuronidase gene fusion indicated that PIP2;2 is expressed predominantly in roots, with a strong expression in the cortex, endodermis, and stele. The hydraulic conductivity of root cortex cells, as measured with a cell pressure probe, was reduced by 25 to 30% in the two allelic PIP2;2 mutants compared with the wild type. In addition, free exudation measurements revealed a 14% decrease, with respect to wild-type values, in the osmotic hydraulic conductivity of roots excised from the two PIP2;2 mutants. Together, our data provide evidence for the contribution of a single aquaporin gene to root water uptake and identify PIP2;2 as an aquaporin specialized in osmotic fluid transport. PIP2;2 has a close homolog, PIP2;3, showing 96.8% amino acid identity. The phenotype of PIP2;2 mutants demonstrates that, despite their high homology and isoform multiplicity, plant aquaporins have evolved with nonredundant functions.