Drought Stress Alters Water Relations and Expression of PIP-Type Aquaporin Genes in Nicotiana tabacum Plants

水通道蛋白 烟草 水运 膨胀压力 渗透压 爪蟾 渗透性休克 水流 蒸腾作用 生物 渗透 植物 渗透调节 细胞生物学 园艺 化学 基因 盐度 生物化学 光合作用 生态学 工程类 环境工程
作者
Majid Mahdieh,Akbar Mostajeran,Tomoaki Horie,Maki Katsuhara
出处
期刊:Plant and Cell Physiology [Oxford University Press]
卷期号:49 (5): 801-813 被引量:225
标识
DOI:10.1093/pcp/pcn054
摘要

Plasma membrane intrinsic proteins (PIPs), a type of aquaporins, mediate water transport in many plant species. In this study, we investigated the relationship between the functions of PIP-type water channels and water relations of tobacco plants (Nicotiana tabacum cv. Samsun) under drought stress. Drought stress treatments have led to reductions in the stomatal conductance, transpiration, water potential and turgor pressure in leaves, and also the sap flow rate and osmotic hydraulic conductance in roots. In contrast, leaf osmotic pressure was increased in response to drought stress. Interestingly, the accumulation of NtPIP1;1 and NtPIP2;1 transcripts was significantly decreased, but only that of the NtAQP1 transcript was increased under drought stress. Functional analysis using Xenopus laevis oocytes revealed that NtPIP2;1 shows marked water transport activity, but the activities of NtAQP1 and NtPIP1;1 are weak or almost negligible, respectively, when expressed alone. However, co-expression of NtPIP1;1 with NtPIP2;1 significantly enhanced water transport activity compared with that of NtPIP1;1- or NtPIP2;1-expressing oocytes, suggesting that these two aquaporins may function as a water channel, forming a heterotetramer. Heteromerization of NtPIP1;1 and NtPIP2;1 was also suggested by co-expression analyses of NtPIP1;1-GFP (green fluorescent protein) and NtPIP2;1 in Xenopus oocytes. Re-watering treatments recovered water relation parameters and the accumulation of the three NtPIP transcripts to levels similar to control conditions. These results suggest that NtPIP1;1 and NtPIP2;1 play an important role in water transport in roots, and that expression of NtPIP1;1 and NtPIP2;1 is down-regulated in order to reduce osmotic hydraulic conductance in the roots of tobacco plants under drought stress.
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