满全财，孟姿诺，李伟，蔡心汝，苏润东，付长青，高顺娟，崔江慧
DOI: 10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2024-0439
干旱、土壤盐渍化、高温和寒冷等非生物胁迫是影响作物生产的主要限制因素。研究植物对干旱和盐胁迫等非生物胁迫的响应，对于促进农业生产具有重要意义。
马铃薯在世界范围内广泛种植。但因其浅根系的特点，在栽培过程中极易受到干旱胁迫的影响，进而影响马铃薯产量及品质。土壤盐碱化的日趋严重，对马铃薯的生产也造成了极大影响，盐度引起的渗透胁迫以及离子胁迫导致马铃薯营养失衡，进而影响其正常生长发育，造成减产。探明马铃薯抵御干旱、盐碱等非生物胁迫的分子机理，可为挖掘抗逆种质资源，创制新种质提供理论参考。
水通道蛋白（AQP）属于膜整合的主要内在蛋白超家族（MIPs），几乎存在于所有生物体中，其中植物中的水通道蛋白含量相对较高。AQPs是促进水和许多其他溶质运输的通道形成蛋白家族，维持植物体内的水分平衡。此外，水通道蛋白在改善干旱胁迫下植物生长和适应方面十分重要，可以通过调节细胞生化、根系结构和光合作用等来缓解干旱对植物造成的危害。同时水通道蛋白在盐胁迫下维持水分状态和跨植物部分的运输发挥着重要作用。当前，AQP基因家族在许多植物中都已被鉴定并验证。当前马铃薯的AQP家族并未得到充分研究。
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本文主要包括以下几部分内容：
2.1 马铃薯AQP基因家族成员的鉴定及理化性质分析
2.2 马铃薯AQP家族系统进化分析、基因结构和保守基序分析
2.3 马铃薯AQP家族基因启动子顺式作用元件分析
2.4 马铃薯AQP家族基因染色体定位及AQP基因家族物种内和物种间共线性分析
2.5 马铃薯AQP家族蛋白质-蛋白质相互作用网络分析
2.6 马铃薯AQP家族在非生物胁迫下的表达模式
3 讨论
本研究共鉴定筛选出44个StAQPs基因，其中包括16个StPIPs，11个StTIPs，10个NIPs，5个XIPs和2个SIPs，各亚家族基因数量与烟草中鉴定出的AQP基因家族相似。同时进一步分析StAQPs基因结构和保守基序发现，处于同一亚族的基因其基因结构和保守基序较为相似，这表明同一亚族的基因在马铃薯的生长发育等生理活动中可能行使相似的功能；但不同亚族间的基因结构与保守基序出现明显差异，这表明不同亚族在马铃薯的一系列生理活动中可能发挥不同的作用。启动子顺式作用元件分析是探究基因功能的重要手段，分析结果表明，马铃薯AQP家族含有大量与生长发育以及非生物胁迫响应相关的顺式作用元件，这与AQP家族在植物中所发挥的作用相对应。同时，亚细胞定位结果显示StAQPs成员主要分布在质膜，这与其促进水和许多其他溶质运输的通道形成蛋白家族，维持植物体内的水分平衡功能相对应。蛋白互作网络结果表明，StAQP1、StAQP9、StAQP22、StAQP33、StAQP34和StAQP44这6个家族成员在AQP行使功能时发挥主导作用。其中StAQP9、StAQP22和StAQP44属于NIP亚族，StAQP33和StAQP34属于XIP亚族，StAQP1属于TIP亚族，因此NIP亚族在AQP家族行使功能时可能发挥主导作用。
当前，许多研究表明，AQP家族在植物发育和非生物胁迫响应中发挥重要作用。本研究转录组结果显示，StAQP5、StAQP7、StAQP36、StAQP37和StAQP43在干旱胁迫下显著表达，在模拟干旱胁迫处理下出现明显下调，RT-qPCR验证结果与转录组表达趋势一致，由此猜测在干旱胁迫下，外界可供植物吸收水分含量降低，从而引起StAQPs的下调表达情况；但是StAQP11、StAQP28、StAQP31和StAQP38在盐胁迫下呈现出上调表达。由此我们推测，StAQP作为马铃薯生长发育及非生物胁迫响应的关键家族。本实验得出的StAQPs在非生物胁迫下的表达情况与其他植物类似。此外，有研究表明番茄中的AQPs在花梗脱落中发挥作用。由此我们推测，StAQP基因家族可能也参与马铃薯花梗脱落的某些过程，这还需要进一步进行验证。
综上，本研究鉴定并研究了AQP家族在马铃薯中发挥的作用，进一步深入研究马铃薯AQP家族更深层次的功能及作用，可以为马铃薯生长发育以及响应非生物胁迫机制提供更加充实的理论依据。
马铃薯StAQP基因家族所包含的44个StAQPs成员不均匀的分布在5个亚族内，顺式作用元件分析发现，StAQPs与马铃薯的生长发育以及抗逆相关，在非生物胁迫响应中发挥作用。
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