全 文 ：园 艺 学 报 2013，40（8）：1456–1464 http: // www. ahs. ac. cn
Acta Horticulturae Sinica E-mail: yuanyixuebao@126.com
收稿日期：2013–03–14；修回日期：2013–07–10
基金项目：国家现代农业产业技术体系建设专项资金项目（CARS-33-02）
* 通信作者 Author for correspondence（E-mail：fdabo@163.com）
荔枝水孔蛋白基因 LcPIP 的克隆与组织特异性
表达研究
王凌云 1,2，孙进华 1，刘保华 1，王家保 1,*
（1 中国热带农业科学院环境与植物保护研究所，海口 571101；2 海南大学农学院，海口 570208）
摘 要：从荔枝组织中克隆了 9 个质膜水孔蛋白基因（LcPIP）的 cDNA 全长序列，并研究了其组织
特异性表达。结果表明：9 个 LcPIP 分为 PIP1 和 PIP2 两类。定量 PCR 结果表明 9 个 LcPIPs 在荔枝的不
同组织中均表达，其中 LcPIP1-2、LcPIP1-4、LcPIP2-1、LcPIP2-2 在花中的表达量相对较高，LcPIP1-1
在茎中相对较高，LcPIP1-2 在果肉中较高，LcPIP2-5 在种子中的表达量仅次于果皮，而 LcPIP1-3 在叶中
最高，LcPIP2-4 在根中最高。LcPIP1-1、LcPIP2-4、LcPIP2-5 在果皮中表达量较高，而 LcPIP2-3 在果皮
中特异表达，且在所有成员中表达量最高，可能与果皮组织水分运输有关。
关键词：荔枝；水孔蛋白；基因克隆；表达
中图分类号：S 667.1 文献标志码：A 文章编号：0513-353X（2013）08-1456-09

Cloning and Tissue Specificity Expression of the Aquaporin Genes from
Litchi
WANG Ling-yun1,2，SUN Jin-hua1，LIU Bao-hua1，and WANG Jia-bao1,*
（1 Environments and Plant Protection Institute，Chinese Academy of Tropical Agriculture Sciences，Haikou 571101，China；
2 College of Agriculture，Hainan University，Haikou 570208，China）
Abstract：Nine plasma membrane aquaporin genes named LcPIP were cloned from litchi and their
tissue specificity expressions were studied in order to provide the information for further research on litchi
preservation during the postharvest storage. These nine LcPIP genes can be divided into two groups，PIP1
and PIP2. The real-time RT-PCR result showed that LcPIP1-2，LcPIP1-4，LcPIP2-1 and LcPIP2-2 had
higher expression level in the flower than other tissues. LcPIP1-1，LcPIP1-2，LcPIP1-3，LcPIP2-4，
LcPIP2-5 had higher expression level in stem，pulp，leaf，root and pericarp，respectively. All the
expressions of LcPIP1-1，LcPIP2-4 and LcPIP2-5 were higher in pericarp than most of other tissues，
which indicated that they may be involved with water transportation of litchi pericarp. LcPIP2-3 was
expressed specifically in the pericarp and has a higher expression than any other member.
Key words：Litchi chinensis；aquaporin；gene cloning；expression

荔枝（Litchi chinensis Sonn.）果实采后极易发生褐变，致使货架期缩短，商品价值降低，制约


8 期 王凌云等：荔枝水孔蛋白基因 LcPIP 的克隆与组织特异性表达研究 1457

着贸易和产业发展（Wang et al.，2010）。有研究证实荔枝果皮失水是采后褐变产生的主要原因之一
（潘洵操和谢宝贵，1997；Wang et al.，2010）。水分在植物组织内运输有 3 种方式。（1）质外体途
径：主要是指水分在木质部、韧皮部微管组织中的长距离运输；（2）共质体途径：通过由胞间连丝
相连的细胞质连续体进行水分运输；（3）跨膜运输途径：指水分跨过液泡膜和质膜的运输。水分跨
膜运输的真正动力是静水压或渗透水压。水分跨膜运输又以两种方式进行：通过脂双层的自由扩散
运输和水孔蛋白的跨膜运输（Kaldenhoff & Eckert，1999）。水孔蛋白介导的水分跨膜运输是水进出
细胞的主要途径，在植物的许多生理功能中发挥了重要功能。
水孔蛋白（Aquaporin，AQP）是生物体内水分快速跨膜运输的膜内在蛋白，属于 MIP（major
intrinsic protein）超家族（Zardoya，2005），分子量在 23 ~ 31 kD（Maurel et al.，2008）。植物水孔
蛋白由多基因家族编码，主要存在质膜和液泡膜上，分为质膜内在蛋白（PIPs）和液泡膜内在蛋白
（TIPs），质膜内在蛋白又分为 PIP1 亚类和 PIP2 亚李类（李红梅 等，2010）。植物水孔蛋白参与种
子萌发、细胞伸长、花粉开裂、气孔运动等过程的水分跨膜运输（Forrest & Bhave，2007；Hove &
Bhave，2011）。Marc 和 Frank（2005）用 RNA 干扰技术抑制烟草水孔蛋白基因 NtPIP2，导致花药
脱水缓慢，开裂过程延迟。在烟草或拟南芥中，通过反义抑制 PIP1 或 PIP2 的表达，根水导度下降
（Martre et al.，2002；Siefritz et al.，2002）。已经证实，水孔蛋白的特异性抑制剂 HgCl2 可以抑制荔
枝果皮圆片和果实失水（王凌云 等，2013），推测水孔蛋白介导了荔枝果皮组织的快速失水。但有
关荔枝水孔蛋白基因及其表达规律的研究尚未见报道。本试验中克隆荔枝水孔蛋白基因，研究其在
不同组织中的表达规律，以期获得在果皮中特异表达的水孔蛋白基因，为进一步研究该基因表达与
果皮失水的关系提供基础。
1 材料与方法
1.1 材料
2012 年 5—6 月，从中国热带农业科学院的试验基地采摘‘妃子笑’荔枝八成熟果实，采后 3 h
内运回实验室，选成熟度较一致、无病虫害且无机械损伤的果实用烯酰吗啉–80WDG 杀菌剂表面
消毒 30 min，自然晾干后，小心剥离果皮；田间采集尚未木质化的幼茎、新展开但尚未转色的幼叶、
未开花的花蕾和八成熟果实中发育完全的种子；播种成熟种子，取实生苗白色的吸收根。
上述果皮、茎、叶、花蕾、种子及根取样后立即以液氮速冻，–80 ℃冰箱冷冻保存备用。
1.2 总 RNA 提取和 cDNA 第一链合成
用改良的 CTAB 法提取荔枝根、茎、幼叶、花、种子、成熟果的果肉和果皮的总 RNA（王家保
等，2006）。用 1.0%琼脂糖凝胶电泳检测 RNA 的完整性，用 Thermo Nanodrop2000 超微量分光光度
计测定 RNA 的纯度。用 Oligo(dT)20 引物在 M-MLV 逆转录酶的作用下反转录成 cDNA 第一链
（Invitrogen 公司的 SuperScript Ⅲ First-Strand Synthesis System for RT-PCR 反转录试剂盒）。
1.3 引物设计与试剂
根据 cDNA 文库中获得的 LcPIP 基因 EST 序列设计引物。根据 cDNA 片段序列设计 5′端和 3′
端 RACE 引物，荧光定量引物片段长度在 150 bp 左右，用荔枝 β–肌动蛋白（β-actin）基因（登录
号：DQ990337）作内参基因。引物由上海英骏生物技术有限公司合成，熔解时均稀释到 25 μmol · L-1。
RNA 酶抑制剂（Ribonuclease Inhibitor）、DNase I、Ex Taq 聚合酶、pMD18-T Vector、5′-Full RACE
Kit、3′-Full RACE Core Set Ver2.0 和 SYBR GrennScript RT-PCR KitⅡ均购自大连宝生物工程有限公
1458 园 艺 学 报 40 卷










图 1 荔枝果皮总 RNA
Fig. 1 Total RNA of litchi pericarp
司；M-MLV 逆转录酶购自 Invitrogen 公司。用美国 ABI7500 实时定量 PCR 仪进行荧光定量 PCR 表
达分析。
1.4 LcPIPs 基因的 cDNA 全长克隆
以荔枝果皮 RNA 反转录的 cDNA 为模板，PCR 扩增 LcPIP 的 cDNA 片段；用测序结果设计
3′-RACE 引物和 5′-RACE 引物；使用 DNAstar 软件对 cDNA 片段、3′-RACE 和 5′-RACE 序列拼接，
得到 LcPIP cDNA 全长序列。
PCR 反应程序为：94 ℃预变性 4 min，94 ℃变性 40 s，57 ℃退火 40 s，72 ℃延伸 90 s，共
30 个循环；72 ℃延伸 8 min。PCR 产物电泳检测后对目的片段进行凝胶回收。取适量的回收纯化产
物与载体 pMD18-T 连接，转化大肠杆菌 Trans5α 感受态细胞，LB/Amp 培养，蓝白斑筛选。用载体
通用引物 M13-47 和 RV-M 进行 PCR 鉴定，送样测序。
1.5 生物信息学分析
使用 DNAstar 软件进行基因序列拼接。用 BLASTx 对水孔蛋白基因序列进行比对。并根据 ORF
Finder 程序预测序列的 ORF 区域。使用 ProtParam 程序预测氨基酸分子量。Prosite 数据库分析蛋白
质磷酸化位点。
利用在线软件 YLoc 进行亚细胞定位预测。
TMHMM Server v. 2.0 程序对跨膜区进行预测。
SignalP 4.1 Server 分析蛋白信号肽。
1.6 LcPIPs 的表达分析
以荔枝不同组织的 cDNA 为模板，每一模板分别同时扩增 LcPIP 和 β-actin（内参）基因，重复
3 次。按照 SYBR GreeScript RT-PCR Kit Ⅱ使用说明进行反应体系的配制。各反应组分具体为（μL）：
2× SYBR® Premix Ex TaqTM 10.0 μLⅡ ，50× ROX Reference Dye 0.4 μLⅡ ，模板（cDNA 第一链稀释
10 倍）2.5 μL，上下游引物各 0.4 μL，ddH2O 补足到 20 μL。
反应程序用两步法：第 1 步 95 ℃预变性 30 s；第二步 95 ℃变性 5 s；60 ℃退火 34 s；40 个循
环；进行扩增曲线和熔解曲线分析。
扩增完毕后，利用 2-ΔΔCT 法进行数据分析。
2 结果与分析
2.1 荔枝果皮 LcPIP 基因全长的克隆
从荔枝果皮和其他组织中提取的总 RNA
经电泳检测，图中可以清晰看到 28S 和 18S 条
带完整无降解（图 1）。
为了确定模板反转录成功且无基因组
DNA 污染，进行 β-actin 引物扩增检测。本试
验是以反转录的 cDNA 为模板，扩增获得明亮
单一的条带，cDNA 片段长度大小约 600 bp，
而 DNA 阳性对照扩增片段大小约 750 bp，说
8 期 王凌云等：荔枝水孔蛋白基因 LcPIP 的克隆与组织特异性表达研究 1459











图 2 反转录质量检测
M：DL2000 marker；1 ~ 3：cDNA 模板扩增；4：DNA 对照。
Fig. 2 Electrophoresis of RT-quality testing
M：DL2000 marker；1–3：Amplification of cDNA template；
4：DNA control.
明反转录成功且模板中无基因组DNA污染（图
2）。
以果皮 cDNA 为模板进行 PCR 扩增，测
序得到 9 条 LcPIP 基因 cDNA 片段序列，采
用 RACE 技术克隆 5′端和 3′端序列，DNAstar
软件拼接序列获得 9 条基因的 cDNA 全长序
列。LcPIP 基因 ORF 区域在 759 ~ 867 bp 之
间，编码的蛋白由 252 ~ 288 个氨基酸残基组
成（表 1）。
根据 DNAMAN 软件比对荔枝水孔蛋白基
因和拟南芥水孔蛋白基因，发现 9 个荔枝水孔
蛋白基因与拟南芥水孔蛋白家族中的 PIP 亚家
族相似性达 75%。根据 Johanson 等（2001）基
因的新命名规则，分别命名为 LcPIP1-1、LcPIP1-2、LcPIP1-3、LcPIP1-4、LcPIP2-1、LcPIP2-2、
LcPIP2-3、LcPIP2-4、LcPIP2-5。

表 1 AQP 基因序列长度及磷酸化位点预测
Table 1 The sequence length and predicted phosphorylation site of AQP gene
基因
Gene
cDNA 全长/bp
Full-length cDNA
ORF 区域/bp
Open reading frame region
氨基酸残基数
Base of amino acid residues
磷酸化位点
Phosphorylation site（PKC）
LcPIP1-1 966 759 252 S156
LcPIP1-2 1209 864 287 S195
LcPIP1-3 1154 822 273 S18
LcPIP1-4 1227 867 288 S197，S204
LcPIP2-1 1240 849 282 S13，S275
LcPIP2-2 1080 846 281 S188，S235，S274
LcPIP2-3 1213 864 287 S194，S280
LcPIP2-4 1400 861 286 S14，S64，S188，S195
LcPIP2-5 834 834 277 S264，S270

2.2 生物信息学分析
通过 Blastx 分析，9 个 LcPIP 基因均具有 MIP 超家族的结构域。LcPIP 基因编码的氨基酸残基
序列分析发现，LcPIP 具有保守结构域 GHINPA/V/MVTFG、GGGANELADGY、TGINPARSFGAAVI。
在蛋白质的功能区域，氨基酸序列高度一致，序列差异主要出现在 N 端，LcPIP1 的 N 末端较长，
而 LcPIP2 的 C 末端较长。且在多肽 N 端和 C 端对称地分布着水孔蛋白高度保守的 NPA 基序，此
外有个别基因具有 NPV/M 序列（图 3）。
系统进化树分析（图 4）表明，23 个 PIP 蛋白分为两类，所有的 PIP1 占据一个分支，PIP2 占
据另一个分支。荔枝 LcPIP2-2 与拟南芥 AtPIP2-7 和 AtPIP2-8 组成一个亚支，说明两者相似性较高；
LcPIP2-4 与 AtPIP2-6 相似性极高；LcPIP2-1 和 LcPIP2-3 形成独立的一支，但是在进化上分化较晚；
LcPIP2-5 与 AtPIP2-5 同属于一个分支，序列相似性极高；而荔枝 PIP1 和拟南芥 PIP1 各自形成一个
独立的分支，LcPIP1-1 和 LcPIP1-3，LcPIP1-2 和 LcPIP1-4 在同一个分支上，说明亲缘关系较近。

1460 园 艺 学 报 40 卷

LcPIP1-2 MEGKEEDVKLGANKFLERQPIGTSAQGD--KDYKEPPPAPLFEPGELKSWSFYRAGIAEFMATFLFLYITILTVMGVSKSNT-------KCSTVGI
LcPIP1-4 MEDKEEDVRLGANKFTERQPIGTAAQSQDGKDYTEPPPAPLFEPSELTSWSFYRAGIAEFMATFLFLYITVLTVMGVVKDNT-------KCTTVGI
LcPIP1-3 MEVGEDERPPT------------------EREQNVSRKAPCLGLNEIKSWSFWRAGIVEFLATFLYLYISLLTIMAVKKPTTYD---DVLCSPECL
LcPIP1-1 -------------------------------------------MSEIKSWSFWRVGIVEFTATFLYLYISLLTIMAVKKPTNYG---DTICSPACV
LcPIP2-1 ---------------MAKDT-VAEHGSFSGKDYTDPPPAPLIDCVELRKWSFYRALIAEFIATLLFLYITVLTVIGYKSQSA-----SDPCGGVGI
LcPIP2-2 ---------------MSKEVSEEGQTHHHGKDYVDPPPAPLLDWQELKLWSFHRALIAEFVATLLFLYVTIATVIGHSKQKD-------PCDGVGL
LcPIP2-3 ---------------MAKDIEVGGHSDFHAKDYQDPPPAPLIDAEELTKWSFYRAIIAEFIATLLFLYITVLTVIGYKSQTDPTKS-SDGCGGVGI
LcPIP2-4 ---------------MAKDVEVTEGGEFSAKDYHDPPPAPLFDAEEFTKWSLYRAAIAEFIATLLFLYVTVLTVIGYKSQTDPNKAGYDACNGVGI
LcPIP2-5 --------------------------------------------------------MAEFFGALVFLYVTVMTTVNYHDLADPVKK-GDPSPAVGV

LcPIP1-2 QGIAWAFGGMIFALVYCTAGISGGHINPAVTFGLLLARKLSLTRALLYIIMQCLGAICGAGVVKGFEGSNNYEMLRGGANVVAHGYTKGDGLGAEI
LcPIP1-4 QGIAWAFGGMIFALVYCTAGISGGHINPAVTFGLFLARKLSLTRALYYMVMQCLGAICGAGVVKGFQGAGNYERLNGGANFVAHGYTKGDGLGAEI
LcPIP1-3 QAIAWASGGTISALVYCFAAVSGGHFNPVVTFGFFLIRKISITRGLYYMIMQCLGAICGAAVVKAFNESR-FELLHGGANLVNYE-SEGIGLFFEL
LcPIP1-1 QAIAWASGATISALLYCFAASQCGHMNPMVTFGFFLARKISITRALYYMIMQCLGAICGAAVVKAFTESR-YALLHEGANLVNYG-SEVIGFFAEM
LcPIP2-1 LGIAWAFGGMIFVLVYCTAGISGGHINPAVTFGLFLARKVSLVRAVFYMVAQCLGAICGVGLVKAFQSSH-YVRYEGGVNTLSVGYSTGVGLGAEI
LcPIP2-2 LGIAWAFGGMIFVLVYCTAGISGGHINPAVTFGLFLARKVSLIRALGYMVAQCLGAICGVGLVKAFIKHD-YNAQGGGANFVHAGYSTGTALGAEI
LcPIP2-3 LGIAWAFGGMIFVLVYCTAGISGGHINPAVTFGLFLARKVSLVRAIMYMAAQCLGAIFGCGLVKSFQKAY-YGRYGGGANELADGYSTGTGLAAEI
LcPIP2-4 LGIAWAFGGMIFILVYCTAGISGGHINPAVTFGLFLARKVSLIRALLYMVAQCLGAICGCGLVKAFQKSY-YNRYGGGANELQGGYNKGVGLGAEI
LcPIP2-5 VGIAWTFGVAMFLVVYSTTNISGGHVNPAVTFGLLLARKVPLVRAVMYVVAQCLGALCGVGLAKFIIGAYEYTEYGGGANLVAHGYTNGVGLAAEI
***

LcPIP1-2 VGTFVLVYTVFSATDAKRNARDSHVPI---LAPLPIGFAVFLVHLATIPITGTGINPARSLGAAIIYNRDQAWDDHWIFWVGPFIGAALAA-VYHQ
LcPIP1-4 VGTFVLVYTVFSATDAKRSARDSHVPI---LAPLPIGFAVFLVHLATIPITGTGINPARSLGAAIIYNRDHAWDDHWIFWVGPFIGAALAA-LYHQ
LcPIP1-3 FGTFVLLYAVFSATDAKRTAVDSHVPV---LEPLPVGFAVFLVHIASSPLSQTGINPARSLATAIIYGKQKAWEDQWIFWTGPLFGTLLAA-LYFH
LcPIP1-1 FGTFVLLYAAFSRSDAKKTAVDSTVPIYICLAPLPVGFAVFLVHMAATPLCQTGINPTRSLGTAIIYGKQEAWEYQGIFWVGPLFGTIVAAALYSH
LcPIP2-1 IGTFVLVYTVFSATDPKRNARDSHVPV---LAPLPIGFAVFMVHLATIPVTGTGINPARSLGAAVIYNKKAAWDDQWIFWVGPFIGAALAA-FYHQ
LcPIP2-2 IGTFVLVYTVFSATDPKRSARDSHVPV---LAPLPIGFAVFMVHLATIPITGTGINPARSFGAAVIDNSKKVWDDHWIFWVGPFVGALAAA-AYHQ
LcPIP2-3 IGTFVLVYTVFSATDPKRSARDSHVPV---LAPLPIGFAVFMVHLATIPITGTGINPARSFGAAVIYNQDKAWDDHWMFWIGPFIGAAIAA-FYHQ
LcPIP2-4 IGTFVLVYTVFSATDPKRSARDSHVPV---LAPLPIGFAVFMVHLATIPITGTGINPARSFGAAVIYNQEKAWDDQWMFWVGPFVGAAAAA-FYHQ
LcPIP2-5 IGTFVLVYVVFSAMDPKKNAVDSHVPV---LAPVPVGFAVFVVHLATISITGTGINPARSLAATIVWRHPTAWRVQWIFWVGPLTGAAIAS-FFHQ
***

LcPIP1-2 IVIRAIPFKTRA--------
LcPIP1-4 VVIRAIPFKSK---------
LcPIP1-3 IVLRPKPFKSRA--------
LcPIP1-1 VVLRPKPFKSKA--------
LcPIP2-1 FILRAAAVKALGSFRSQSHV
LcPIP2-2 YILRAAAIKALGSFRSNPTN
LcPIP2-3 FILRASAAKALGSFRSSSAI
LcPIP2-4 YILRAAAIKALGSFRSNS--
LcPIP2-5 VIMRGASVKALGSFRSQSCL



图 3 LcPIPs 基因编码的氨基酸序列比对
黑色下划线表示 MIP 超家族的保守结构域 SGXHXNPAVT 以及质膜水孔蛋白的保守序列
GGGANXXXXGY 和 TGINPARSI/FGAAI/Vl；***表示 NPA/V/M 保守结构域；
加粗字母表示 LcPIP1 和 LcPIP2 类差异氨基酸残基。
Fig. 3 Alignment of deduced amiono acids of LcPIPs genes
SGXHXNPAVT，GGGANXXXXGY and TGINPARSL/FGAAI/Vl，the signature sequence of
MIP and PIP was underlined with black line；NPA：The conserved motif were shown
with ***；Boldfaced letters refer to the residues
distinct LcPIP1 and LcPIP2.


8 期 王凌云等：荔枝水孔蛋白基因 LcPIP 的克隆与组织特异性表达研究 1461


图 4 荔枝（Lc）与拟南芥（At）水孔蛋白氨基酸序列系统 NJ 进化树
图中树枝上的数字表示重复 500 次后该树枝可信度的比例。
Fig. 4 Phylogenetic tree of amino acid sequence of Litchi（Lc）and Arabidopsis thaliana（At）
The branches in figure showed that the proportion of credibility after repeated 500 times.


LcPIP 推导的氨基酸序列分子量在 21 ~ 31 kD 范围内，用 TMHMM Server 2.0 在线软件预测该
蛋白均含有 6 个跨膜区。通过在线软件 YLoc 和 PSORT Prediction 对获得的基因进行亚细胞定位预
测，发现 9 个 LcPIP 均位于质膜上。蛋白信号肽预测 9 个 PIPs 蛋白不是作为一种信号分子行使功能。
磷酸化位点分析表明 9 个 LcPIP 基因均具有磷酸化位点（PKC），主要分布在丝氨酸（Ser）上。LcPIP1
磷酸化位点较单一，LcPIP2 磷酸化位点较多（表 1）。
2.3 LcPIP 基因在荔枝不同组织中的特异性表达
克隆得到的 9 个 LcPIP 基因在荔枝根、茎、叶、花、果皮、果肉、种子中均有表达。图 5 中均
以花中 LcPIP 的表达量为参照，9 个基因在不同组织中的表达模式各异。LcPIP1-1 在茎和果皮中优
势表达；LcPIP1-2 在花和果肉中优势表达，在其他组织中表达量也较高；LcPIP1-3 在叶中特异表达，
其他组织中较低；LcPIP1-4 在花和种子中表达量较高。LcPIP2-1 和 LcPIP2-2 在花中特异表达；
LcPIP2-3 在果皮中特异表达，且在所有成员中的相对表达趋势最高；LcPIP2-4 在根中优势表达，同
时在果皮中的表达量也较高；LcPIP2-5 在果皮和种子中优势表达，在根、花和叶中表达量也较高。
LcPIP1-2 在果肉中表达量较高，LcPIP1-1、LcPIP2-3、LcPIP2-4、LcPIP2-5 在果皮中表达量高于多
数组织（图 5）。
根据基因在不同组织中的表达模式推测，不同 PIP 基因在荔枝的生长发育过程中所起的作用不
同，有的参与根的生长，花的萌发，有的则与果皮有关，大量基因在果皮中的高水平表达表明 PIP
基因对荔枝果皮水分运输起到重要的作用。
1462 园 艺 学 报 40 卷

图 5 不同荔枝 PIP 基因的组织特异性表达
Fig. 5 Expression of different organs in LcPIP
8 期 王凌云等：荔枝水孔蛋白基因 LcPIP 的克隆与组织特异性表达研究 1463

3 讨论
3.1 关于水孔蛋白的结构特征
水孔蛋白在植物中分布广泛，迄今已从拟南芥、烟草、葡萄、大豆、玉米、水稻等物种中克隆
到水孔蛋白基因（Morillon et al.，2001；Uehlein et al.，2003；Fleurat-Lessard et al.，2005；Ehlert et
al.，2009），本研究中首次从荔枝中克隆出 9 个质膜水孔蛋白基因序列。生物信息学分析表明：9 个
基因均具有 6 个跨膜区，序列的 N 端和 C 端均对称地分布着高度保守基序 NPA，这与拟南芥等其
他植物功能区的氨基酸序列一致（Törnroth-Horsefield et al.，2006）。两个 NPA 基序与 6 个跨膜螺旋
形成了一个可双向运输水分子的孔道，参与了水孔蛋白活性的调控。LcPIP 编码的氨基酸残基序列
分析发现，其具有保守结构域 GHINPA/V/MVTFG、GGGANELADGY、TGINPARSFG AAVI，符合
MIP 超家族的信号序列 SGXHXNPAVT ，以及植物质膜水孔蛋白 PIP 的特征信号序列
GGGANXXXXGY 和 TGINPARSL/ FGAAI/Vl（Park & Saier，1996）。亚细胞定位预测均位于质膜上，
蛋白信号肽分析所有的荔枝水孔蛋白基因都不是作为信号分子行使其功能。研究表明，很多水孔蛋
白在植物体内都能被磷酸化，主要发生在丝氨酸上，大部分位于 C 末端（van Wilder et al.，2008）。
而本研究中的磷酸化位点分析表明荔枝 PIP 主要分布在丝氨酸上，LcPIP1 的丝氨酸位点较单一，
LcPIP2 的丝氨酸位点较多。
3.2 水孔蛋白基因的组织特异性表达
RT-PCR 分析表明，荔枝不同组织中均存在 AQP 基因的表达，且每个基因在不同组织中的表达
不同。已有研究表明，水孔蛋白参与植物的花药开裂、根的水导度、种子萌发、叶片生长等生理功
能，故推测不同基因在不同组织中的差异表达可能与植株生理功能有关。本结果显示，LcPIP2-1 和
LcPIP2-2 在花中特异表达。根据系统进化树分析，LcPIP2-2 与 AtPIP2-7 和 AtPIP2-8 序列相似度较
高。有研究表明拟南芥中 AtPIP2-5、AtPIP2-7 和 AtPIP2-8 在花中表达量较高（Erik et al.，2005），
推测 LcPIP2-1 和 LcPIP2-2 可能与花生长有关。LcPIP2-4 在根中相对表达量较高，玉米中 ZmPIP2-5
和 ZmPIP2-1 控制着根的水分运输（Lopez et al.，2003），推测 LcPIP2-4 可能也参与了根的水分运输。
LcPIP1-3 在叶中表达量显著高于其他组织，研究表明烟草中质膜水孔蛋白 AQP1 与叶的伸展有关，
控制着植物细胞的伸长（Siefritz et al.，2004）；菜豆在干旱胁迫下，PvPIP2-1 表达和 PvPIP1 蛋白丰
度升高与叶片的蒸腾作用有关（Aroca et al.，2006）。推测 LcPIP1-3 可能控制叶片中的水分运输，
与叶片蒸腾作用有关。本研究中的 5 个 LcPIP 基因在果皮中大量表达，可能与果皮水分运输有关。
综上所述，本研究中共获得了 9 个荔枝水孔蛋白基因。水孔蛋白基因表达与序列特征存在相关
性。根据不同水孔蛋白基因在各个组织中的表达模式不同，推测在荔枝果实发育的整个过程中都伴
随着水分的吸收和运输。大量基因在果皮中表达推测可能与果皮水分运输有关。深入研究这些基因
的表达规律可望为进一步研究果皮失水机制提供基础。

References
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