植物水孔蛋白在种子发育和物质积累中的功能研究

种子在发育过程中是各类营养物质的"库"。被子植物的种子是由胚和胚乳组成的，由母体的种皮包裹，种皮中的维管组织负责向子代器官运输营养分。现有的物质运输理论认为在种子发育过程中物质的运输和转化是被分隔在不同的区域进行的。营养物质和水分在韧皮部筛管组成的相通共质体系统中运输，并被卸载到种皮部的特殊细胞中。营养物质被继续运输到贮藏细胞，而水分则回流到木质部组成的导管中（质外体）。水孔蛋白(AQP)被认为介导了水分在共质体和质外体之间的细胞膜跨膜运输，因此调节了特定细胞中营养物质的浓度，有利于营养物质向贮藏细胞运输。本项目的研究重点是通过系统研究水稻AQP在种子发育阶段的时空表达谱；AQP成员之间的协同效应；AQP与蔗糖通道蛋白协同效应的研究，分离在种子发育过程中的重要AQP，分析AQP参与的水分跨膜运输对种子发育阶段，种皮内细胞水分状况调节的作用，以及营养物质运输、积累以及产量的影响。

本项目研究了植物液胞膜水孔蛋白在种子发育过程中的时空表达，分子调控，以及在调节植株生长，保持种子活力中的作用。拟南芥中的两个TIP3s在种子成熟中后期特异表达，分别属于-和-TIP，并且是这种表达是受到转录因子ABI3调控。ABI3可以结合到TIP3;1和TIP3;2启动子的RY motif上，在叶肉原生质体中，ABI3在外源ABA的刺激下，可以启动TIP3;1和TIP3;2的表达。在abi3突变体种子中，TIP3;1和TIP3;2mRNA和蛋白都显著降低到不能检测的水平，说明TIP3;1和TIP3;2在种子中的表达是由ABI3 调控的。tip3;1tip3;2双突变体种子与野生型相比种子萌发以及对ABA的敏感性没有显著变化，但在高温高湿条件下，种子活力明显降低，说明TIP3;1和TIP3;2对种子活力维持具有重要功能。将OsTIP1;1, OsTIP3;1和OsTIP3;2在拟南芥和水稻中表达，发现过量表达OsTIP1;1使拟南芥植株变矮小，水稻单株产量下降，种子粒长和粒宽下降， 但是OsTIP1;1和OsTIP3;1在油菜中适量表达，可以提高油菜的单株产量。综上，植物种子中特异表达的-和-TIP在维持种子活力中有重要作用，植物TIP蛋白在不同物种中过量表达或异位表达，影响了植株生长和最终产量。