油莎豆，又名油莎草、黄色香附、虎坚果、铁荸荠、地下核桃、地下板栗，是一种隶属于禾本目莎草科的多年生草本。生产上，油莎豆作为一年生作物栽培，以收获地下块茎为主要经济目标。油莎豆是迄今唯一已知在块茎中高水平积累油脂的作物。相对于大豆、油菜、花生等传统油料作物，油莎豆具有适应性广、抗逆性强、每亩产油量高、适合机械化等特点。水分是影响块茎发育与代谢的关键因素，挖掘参与块茎水分平衡的关键基因具有重要的理论意义和应用价值。
2024年8月，Tropical Plants 在线发表了中国热科院油脂代谢与调控团队题为Molecular insights into PIP aquaporins in tigernut (Cyperus esculentus L.), a Cyperaceae tuber plant 的研究论文。
鉴于质膜型（PIP）水通道蛋白在细胞间水分跨膜转运中的关键作用，本文对油莎豆的PIP基因进行了全基因组鉴定，共计获得14个成员。此外，研究还利用基因组对Carex cristatella、Rhynchospora breviuscula 和Juncus effusus 等代表性莎草科植物中的PIP基因进行了系统鉴定。进化和同源分析显示，他们可归为2个进化小组（PIP1和PIP2）和12个直系同源小组（PIP1A、PIP1B、PIP1C、PIP2A、PIP2B、PIP2C、PIP2D、PIP2E、PIP2F、PIP2G、PIP2H和PIP2I）。进一步的比较基因组学分析显示，CePIP基因的扩张归因于全基因组重复、转座子重复以及串连重复，其中部分串连重复为油莎豆所特有；除基因结构高度保守外，部分重复基因在序列特征和表达模式方面表现出明显的分化。在14个CePIP基因中，CePIP1;1 、CePIP2;1 和CePIP2;8 已进化成主要的成员，其在叶片、块茎等主要组织中均组成型高水平表达，暗示其功能的重要性。qRT-PCR分析还显示，CePIP1;1 、CePIP2;1 和CePIP2;8 在叶片中的表达受发育和生物钟调控。对典型块茎发育时期的转录和蛋白定量显示，上述3个基因的积累模式与水分含量动力学正相关，暗示其在块茎水分平衡中的关键作用。此外，在烟草叶片中的亚细胞定位分析显示，CePIP1;1、CePIP2;1和CePIP2;8均定位在细胞膜，符合PIP水通道蛋白的功能特性。这些结果为深入揭示油莎豆特别是块茎的水分平衡机制奠定了坚实的基础。
图2 油莎豆PIP基因的染色体定位、共线性、表达模式及蛋白亚细胞定位分析
特邀作者：邹智
编辑：顾笑寅
审核：李悦
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