朱成磊 林澤銘 李天闊 高志民

(國際竹藤中心竹藤資源基因科學(xué)與基因產(chǎn)業(yè)化研究所，國家林業(yè)和草原局/北京竹藤科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室 北京 100102)

氮是影響植物生長的重要營養(yǎng)元素，水分平衡是植物生長不可或缺的基礎(chǔ)條件。植物體內(nèi)水和氮運(yùn)輸之間的關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，從蒸騰驅(qū)動(dòng)的土壤中的物質(zhì)流動(dòng)，到通過膜轉(zhuǎn)運(yùn)器和通道被根系吸收并運(yùn)輸?shù)降厣掀鞴?，涉及水分調(diào)節(jié)和氮運(yùn)輸?shù)男盘?hào)級(jí)聯(lián)、根系構(gòu)型和栓化的疏水根屏障、質(zhì)外體水和氮向維管系統(tǒng)遷移控制等許多方面。植物對氮等大量營養(yǎng)元素的可利用性在很大程度上受土壤中可供水量的調(diào)節(jié)，在干旱時(shí)植物生長同時(shí)受水和氮的限制[1]。土壤氮添加能夠增加葉片和葉肉細(xì)胞厚度、單位葉面積細(xì)胞間隙暴露的葉肉表面積和氣孔開放狀態(tài)，提高葉片氮含量、水通道蛋白(AQP)和碳酸酐酶活性，顯著促進(jìn)葉肉和氣孔導(dǎo)度的增加[2]。研究顯示，當(dāng)大麥(Hordeumvulgare)葉片中氮含量減少時(shí)，AQP基因(HvTIPs)表達(dá)上調(diào)，表明它們參與了氨和尿素的液泡卸載[3]；氮的吸收和同化同時(shí)發(fā)生在單穗果子蔓鳳梨(Guzmaniamonostachia)的單個(gè)葉片中，在葉基部通過脲酶和硝酸還原酶吸收氮和生產(chǎn)銨，硝酸鹽和銨的高親和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(NRT2.5和AMT1.2)、尿素轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(DUR3)和水通道蛋白(TIP2.1)基因上調(diào)，而在葉尖中硝酸鹽和銨的低親和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(NRT1.2和AMT3.1)、水通道蛋白(PIP1.2)基因呈高表達(dá)[4]。由此表明，在植物生長中氮轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因和水通道蛋白基因的表達(dá)存在密切的關(guān)聯(lián)性。

水和氮對作物生產(chǎn)力的影響超過了其他大多數(shù)環(huán)境因子[1]。在全球氣候變化日趨明顯的背景下，植物獲取充分的氮素營養(yǎng)并維持細(xì)胞水分平衡，是維持植物正常生長的關(guān)鍵。研究表明，植物AQP能夠促進(jìn)尿素通過膜的擴(kuò)散，如高大鸚哥鳳梨(Vrieseagigantea)的VgTIP2；1除了運(yùn)輸水外還能運(yùn)輸尿素，而VgPIP1；2可能促進(jìn)銨/氨的擴(kuò)散[5]。竹子具有生長速度快、材質(zhì)優(yōu)良和適應(yīng)范圍廣的突出特點(diǎn)，通過施肥可以實(shí)現(xiàn)竹子的高產(chǎn)。目前，對竹子中氮吸收、運(yùn)轉(zhuǎn)的基因[6-8]和水通道蛋白基因[9-10]雖然已有一些報(bào)道，但對于在氮添加處理下AQP基因的表達(dá)模式以及氮運(yùn)轉(zhuǎn)蛋白和AQP基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控尚未見報(bào)道。本研究利用前期項(xiàng)目組獲得的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，對不同氮濃度處理下毛竹(Phyllostachysedulis)AQP基因的表達(dá)模式進(jìn)行分析，針對差異表達(dá)AQP基因分析其啟動(dòng)子中的轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控元件，進(jìn)一步鑒定差異表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子(TF)，構(gòu)建差異表達(dá)AQP基因和TF的共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)，篩選關(guān)鍵的基因，并用轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)驗(yàn)證，以期為后續(xù)開展基因功能提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

選取在人工氣候室[光周期為16 h光/8 h暗、光照強(qiáng)度為300 μmol/(m2·s)、溫度為28 ℃、濕度為60%]培養(yǎng)2個(gè)月左右、且生長狀態(tài)一致的毛竹幼苗用于實(shí)驗(yàn)，將其根部清洗干凈，然后放入含有不同濃度KNO3(N0=0 mmol/L，N6=6 mmol/L，N18=18 mmol/L)的改性木村B溶液中培養(yǎng)2周[8,11]。隨后采收幼苗根系，經(jīng)液氮處理后置于-80 ℃下保存。每個(gè)氮處理組包含3個(gè)生物重復(fù)。利用試劑盒從9個(gè)樣本中提取總RNA，進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組和小RNA測序。所有小RNA和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)序列已存入NCBI數(shù)據(jù)庫(SRA)，項(xiàng)目編號(hào)為PRJNA797724 (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/bioproject/PRJNA797724)(SRR17650178—SRR17650186)和PRJNA797734 (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/bioproject/PRJNA797734)(SRR17635191—SRR17635199)[8]。

1.2 差異表達(dá)基因篩選和啟動(dòng)子元件分析

為了鑒定N0、N6和N18處理之間的差異基因，利用DESeq2_EBSeq軟件對轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中的差異基因(DEGs)進(jìn)行篩選，篩選標(biāo)準(zhǔn)為Fold Change (|FC|)≥1.5和錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)率(FDR)<0.05的DEGs?；谵D(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)預(yù)測網(wǎng)站(http://plantregmap.gao-lab.org/binding_site_prediction.php)[12]，以水稻(Oryzasativa)為參考物種，篩選標(biāo)準(zhǔn)閾值p≤e-4、q≤0.05，對PeAQPs的1 000 bp啟動(dòng)子區(qū)域的轉(zhuǎn)錄因子(TF)結(jié)合元件進(jìn)行篩查。

1.3 相關(guān)性分析和共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

根據(jù)PeAQPs和TFs在氮處理?xiàng)l件下的表達(dá)模式，利用基迪奧在線分析平臺(tái)(https://www.omicshare.com/tools/home/report/reporticabg.html)，基于皮爾森相關(guān)系數(shù)(PCC)對PeAQPs和TFs間的相關(guān)性進(jìn)行分析，篩選條件為：|cor|≥0.9和P≤0.05。利用Cytoscape (v.3.7.1)軟件構(gòu)建TFs和PeAQPs的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)并進(jìn)行可視化展示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度氮處理下PeAQPs的表達(dá)

利用不同濃度氮處理的毛竹根轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，共鑒定到30個(gè)差異表達(dá)的PeAQPs，包括14個(gè)PePIPs、8個(gè)PeTIPs、7個(gè)PeNIPs和1個(gè)PeSIP2-1，分別占各亞家族成員的66.7%、42.1%、50.0%和33.3%(圖1A)。這些PeAQPs在不同濃度氮條件下表現(xiàn)出不同的表達(dá)模式，主要分為2類。第1類，隨著氮濃度的提高，基因上調(diào)表達(dá)；第2類，隨著氮濃度的提高，基因下調(diào)表達(dá)(圖1B)。在PePIPs亞家族的14個(gè)基因中，PePIP2-3、PePIP1-6、PePIP2-2、PePIP2-4、PePIP2-13、PePIP2-14和PePIP2-15為第1類，且PePIP2-3的表達(dá)量隨著氮濃度提高而上升，其余6個(gè)基因表達(dá)量為先上升后下降，但N18組仍然高于N0組；而PePIP1-2、PePIP1-3、PePIP1-4、PePIP2-6、PePIP2-8、PePIP2-11和PePIP2-12為第2類。在PeTIPs亞家族的8個(gè)差異表達(dá)基因中，PeTIP1-2、PeTIP4-2和PeTIP4-3為第1類，且PeTIP4-2的表達(dá)量隨著氮濃度提高而上升，PeTIP1-2和PeTIP4-3表達(dá)量為先上升后下降；PeTIP1-1、PeTIP2-1、PeTIP2-2、PeTIP2-3和PeTIP2-4為第2類。在PeNIPs亞家族的7個(gè)差異表達(dá)基因中，PeNIP1-1和PeNIP1-2為第1類；PeNIP1-3、PeNIP1-5、PeNIP2-2、PeNIP2-4和PeNIP3-3為第2類。PeSIP2-1基因的表達(dá)模式為第2類，隨著氮濃度的提高，基因持續(xù)下調(diào)表達(dá)。

注：A：基因表達(dá)數(shù)量；B：基因表達(dá)譜。圖1 PeAQPs在氮處理下的表達(dá)分析Fig.1 Expression analysis of PeAQPs under nitrogen treatments

2.2 PeAQPs啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控元件

為探究上述30個(gè)差異表達(dá)PeAQPs的調(diào)控機(jī)制，對基因啟動(dòng)子中的TF調(diào)控元件進(jìn)行分析。結(jié)果表明，在這些PeAQPs上游啟動(dòng)子的1 000 bp序列中，除了4個(gè)基因(PeNIP1-5、PeTIP2-3、PeTIP2-4和PeTIP4-2)啟動(dòng)子中未鑒定到TF調(diào)控元件外，其余26個(gè)PeAQPs啟動(dòng)子中共鑒定出14種TF調(diào)控元件(圖2)。其中Dof轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)在PeAQPs的啟動(dòng)子中分布最廣，在20個(gè)基因啟動(dòng)子中均鑒定到，包括11個(gè)PePIPs、5個(gè)PeNIPs和4個(gè)PeTIPs。其中PeNIP1-1和PeTIP4-1擁有最多的Dof結(jié)合元件，分別為12個(gè)和10個(gè)，其他基因啟動(dòng)子中均擁有1～9個(gè)Dof的結(jié)合位點(diǎn)。BBR-BPC轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)在PeAQPs的啟動(dòng)子中分布最多，在12個(gè)基因(6個(gè)PePIPs、4個(gè)PeNIPs和2個(gè)PeTIPs)啟動(dòng)子中共鑒定出117個(gè)結(jié)合位點(diǎn)，其中PePIP2-6、PePIP1-6和PeNIP1-3擁有最多的BBR-BPC結(jié)合元件，分別為35個(gè)、20個(gè)和23個(gè)，其他基因啟動(dòng)子中均擁有1～9個(gè)BBR-BPC的結(jié)合位點(diǎn)(圖2A)。在5個(gè)PeAQPs的啟動(dòng)子中鑒定出C2H2轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控元件，其中PeTIP2-2啟動(dòng)子中含有9個(gè)該元件。另外，在這些基因啟動(dòng)子中還鑒定出bZIP、ERF、GATA、B3、MICK-MADS、MYB-Related、NAC、SBP、HSF、HD-ZIP和AP2等轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控元件(圖2B)。

注：A：高峰度TF結(jié)合元件；B：低峰度TF結(jié)合元件。圖2 PeAQPs啟動(dòng)子中的TF結(jié)合元件數(shù)量統(tǒng)計(jì)Fig.2 Statistics of the number of TF binding elements in the promoters of PeAQPs

在PePIPs亞家族中，PePIP1-6的啟動(dòng)子鑒定出的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合元件最多，包括20個(gè)BBR-BPC元件、4個(gè)bZIP元件、4個(gè)MICK-MADS元件和2個(gè)Dof元件，以及2個(gè)HSF元件。另外，在PePIP2-6啟動(dòng)子中，除了發(fā)現(xiàn)35個(gè)BBR-BPC元件外，還有3個(gè)C2H2元件以及1個(gè)Dof元件。在PePIP1-2、PePIP2-3、PePIP2-11和PePIP2-13啟動(dòng)子中均只鑒定到1種TF元件，分別為4個(gè)BBR-BPC元件、3個(gè)Dof元件、1個(gè)ERF元件和4個(gè)B3元件。在其余8個(gè)PePIPs的啟動(dòng)子中，均存在2～4種轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控元件。在PeTIPs亞家族中，PeTIP1-2的啟動(dòng)子中鑒定出4種TF元件，包括6個(gè)ERF元件、3個(gè)Dof元件、1個(gè)GATA元件和1個(gè)C2H2元件。在PeTIP2-1、PeTIP2-2和PeTIP4-1啟動(dòng)子中也鑒定到Dof元件。而BBR-BPC元件在PeTIPs啟動(dòng)子中分布并不廣泛，只在PeTIP1-1和PeTIP2-2中鑒定到6個(gè)和8個(gè)，在PeTIP1-1中還鑒定到NAC元件和B3元件。在PeTIP4-1的啟動(dòng)子中只鑒定到10個(gè)Dof元件。在PeNIPs亞家族中，Dof元件和BBR-BPC元件的分布較多，在5個(gè)PeNIPs啟動(dòng)子存在Dof元件，4個(gè)PeNIPs啟動(dòng)子中存在BBR-BPC元件。其中PeNIP1-3啟動(dòng)子中鑒定到23個(gè)BBR-BPC元件、4個(gè)ERF元件、1個(gè)MICK-MADS元件和1個(gè)C2H2元件，而PeNIP1-1的啟動(dòng)子中只鑒定到12個(gè)Dof元件。PeNIP2-4中不僅含有5個(gè)Dof元件和1個(gè)BBR-BPC元件外，還有1個(gè)HD-ZIP元件。這些結(jié)果表明，PeAQPs不同亞家族成員含有的元件種類和數(shù)量都不盡相同，表明它們的表達(dá)可能受到不同轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控，表達(dá)的差異進(jìn)而導(dǎo)致功能方面的不同。

2.3 差異表達(dá)TF的篩選和PeAQPs的共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)

通過對轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中差異表達(dá)基因的篩選和基于各個(gè)不同數(shù)據(jù)庫的注釋結(jié)果，在不同濃度氮處理下的差異表達(dá)基因中共篩選出979個(gè)差異表達(dá)轉(zhuǎn)錄因子(DETF)，在這些DETF中，包括AP2/ERF、Homebox、MYB、NAC以及bHLH等重要的TF家族。結(jié)合PeAQPs啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄因子元件分析結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步篩選分析，從中篩選出403個(gè)可能與PeAQPs有關(guān)的DETFs，它們大致可屬于10個(gè)基因家族，其中83個(gè)AP2/ERF包含14個(gè)AP2、64個(gè)ERF和5個(gè)RAV亞家族成員。30個(gè)C2C2包含20個(gè)Dof和10個(gè)GATA亞家族成員，在30個(gè)B3中還有20個(gè)ARF亞家族成員。此外，這403個(gè)DETF還包含74個(gè)NAC、48個(gè)C2H2、42個(gè)bZIP、30個(gè)HD-ZIP、23個(gè)HSF、22個(gè)MYB-related、13個(gè)SBP、7個(gè)MADs-MICK和1個(gè)BBR-BPC成員。推測這些DETFs在PeAQPs轉(zhuǎn)錄表達(dá)過程中發(fā)揮著重要的調(diào)控作用。相關(guān)性分析結(jié)果顯示，310個(gè)DETFs和30個(gè)PeAQPs之間形成3 249個(gè)共表達(dá)基因?qū)?，結(jié)合PeAQPs的啟動(dòng)子TF元件結(jié)果，最終篩選出由21個(gè)PeAQPs和158個(gè)DETF形成的315對共表達(dá)關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)。

2.3.1PePIPs共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析

在PePIPs亞家族中，除了PePIP1-2、PePIP2-2和PePIP2-15未鑒定到共表達(dá)TF外，其余11個(gè)PePIPs與10個(gè)TF家族的83個(gè)DETF形成153個(gè)共表達(dá)關(guān)系對，包括91個(gè)正向共表達(dá)關(guān)系對和62個(gè)負(fù)向共表達(dá)關(guān)系對(圖3)。分析發(fā)現(xiàn)，除了PePIP2-11外，其余10個(gè)PePIPs均與14個(gè)Dof存在28對正向共表達(dá)和21對負(fù)向共表達(dá)關(guān)系。PePIP1-3和PePIP2-11分別與13個(gè)和10個(gè)ERF存在共表達(dá)關(guān)系，PePIP1-4與3個(gè)AP2正向共表達(dá)，與2個(gè)MYB-related負(fù)向共表達(dá)。在PePIP1-6、PePIP2-13和PePIP2-14啟動(dòng)子中均鑒定到bZIP結(jié)合元件，基于轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，也篩選到24個(gè)bZIP家族成員與這3個(gè)基因分別存在2個(gè)、24個(gè)和23個(gè)共表達(dá)關(guān)系。PePIP2-6與11個(gè)C2H2共表達(dá)，PePIP2-8與5個(gè)SBP和6個(gè)GATA共表達(dá)，這3個(gè)轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控元件在PePIPs的其他成員啟動(dòng)子中均未鑒定到，推測這3個(gè)轉(zhuǎn)錄因子可能參與PePIP2-6和PePIP2-8的表達(dá)調(diào)控。

2.3.2PeTIPs共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析

在PeTIPs亞家族中，PeTIP1-1、PeTIP1-2、PeTIP2-1和PeTIP4-1與49個(gè)DETF形成53個(gè)共表達(dá)關(guān)系對，包括34個(gè)正向共表達(dá)關(guān)系對和15個(gè)負(fù)向共表達(dá)關(guān)系對(圖4)。PeTIP1-1與1個(gè)B3和9個(gè)NAC正向共表達(dá)，與3個(gè)NAC負(fù)向共表達(dá)，而這2類TF與PeTIPs其他成員均無共表達(dá)關(guān)系。PeTIP1-2只與3個(gè)ERF正向共表達(dá)，且PeTIP1-2啟動(dòng)子中有6個(gè)ERF結(jié)合位點(diǎn)，推測這3個(gè)ERF可能參與PeAQPs的氮響應(yīng)過程。PeTIP2-1與6個(gè)Dof和12個(gè)bZIP正向共表達(dá)，與3個(gè)Dof和10個(gè)bZIP負(fù)向共表達(dá)。PeTIP4-1只與6個(gè)Dof存在共表達(dá)關(guān)系，且PeTIP4-1的啟動(dòng)子中鑒定到10個(gè)Dof結(jié)合元件，推測Dof與PeTIP4-1的表達(dá)存在著密切關(guān)系。

圖3 PePIPs與TFs的共表達(dá)分析Fig.3 Co-expression analysis of PePIPs and TFs

圖4 PeTIPs與TFs的共表達(dá)分析Fig.4 Co-expression analysis of PeTIPs and TFs

2.3.3PeNIPs和PeSIPs共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析

共表達(dá)結(jié)果顯示，5個(gè)PeNIPs與6個(gè)TF家族的86個(gè)成員形成107個(gè)共表達(dá)關(guān)系對，包括57個(gè)正向共表達(dá)關(guān)系對和50個(gè)負(fù)向共表達(dá)關(guān)系對(圖5)。PeNIP1-1和PeNIP1-2均只與Dof存在共表達(dá)關(guān)系，其中PeNIP1-1和PeNIP1-2均與7個(gè)Dof共表達(dá)，除此之外，PeNIP1-2還與1個(gè)Dof存在共表達(dá)關(guān)系。在這2個(gè)基因啟動(dòng)子中，分別鑒定到12個(gè)和3個(gè)Dof結(jié)合元件。PeNIP1-3與48個(gè)TF共表達(dá)，包括22個(gè)ERF、4個(gè)MICK-MADS和22個(gè)C2H2，而在其啟動(dòng)子中，也均存在這3種TF的結(jié)合元件。PeNIP2-2與8個(gè)Dof和8個(gè)MYB-related共表達(dá)，其中包括與3個(gè)Dof和2個(gè)MYB-related正向共表達(dá)。PeNIP2-4與7個(gè)Dof和21個(gè)HD-ZIP共表達(dá)。另外，PeSIP2-1的啟動(dòng)子中只鑒定到GATA元件，且篩選獲得2個(gè)與其具有正向共表達(dá)關(guān)系的GATA基因，推測GATA基因?qū)τ赑eSIP2-1的表達(dá)發(fā)揮著重要作用。

圖5 PeNIPs和PeSIPs與TFs的共表達(dá)分析Fig.5 Co-expression analysis of PeNIPs and PeSIPs with TFs

2.4 關(guān)鍵PeDofs與PeAQPs的相關(guān)性

分析發(fā)現(xiàn)，Dof轉(zhuǎn)錄因子與PeAQPs的3個(gè)亞家族成員(8個(gè)PePIPs、2個(gè)PeTIPs和4個(gè)PeNIPs)存在共表達(dá)關(guān)系，7個(gè)PeDofs與14個(gè)PeAQPs存在65對共表達(dá)關(guān)系，推測氮處理下PeDofs可能在毛竹根系水分運(yùn)輸過程中發(fā)揮重要的調(diào)控作用(圖3—圖5)。結(jié)合TF結(jié)合元件的分析結(jié)果，PePIP1-3、PePIP2-13、PePIP2-14、PeTIP4-1、PeNIP1-1和PeNIP2-4等6個(gè)基因的啟動(dòng)子中均具有5個(gè)及以上的Dof結(jié)合位點(diǎn)，推測這7個(gè)PeDofs通過調(diào)控6個(gè)PeAQPs的表達(dá)從而影響其水分和氮的吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)。相關(guān)性分析和共表達(dá)結(jié)果顯示(圖6)，PeDof_17788、PeDof_21000、PeDof_41006和PeDof_12766與PePIP1-3和PeNIP2-4正向共表達(dá)(cor≥0.92)，與PePIP2-13、PePIP2-14、PeTIP4-1和PeNIP1-1等基因負(fù)向共表達(dá)(cor≤-0.87)；PeDof_38007、PeDof_43753和PeDof_16228則與前4個(gè)Dof轉(zhuǎn)錄因子相反。另外，PeDof_21128只與PePIP1-4存在負(fù)向共表達(dá)關(guān)系。因此，推測這些PeDofs通過不同類型的調(diào)控方式影響PeAQPs的表達(dá)，從而影響水分和氮的協(xié)調(diào)運(yùn)輸。

圖6 關(guān)鍵PeDofs與PeAQPs的相關(guān)性熱圖(A)及共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)(B)Fig.6 Correlation heat map and co-expression network of key PeDofs and PeAQPs

3 討論

氮是一種重要的大量營養(yǎng)元素，是構(gòu)成植物核酸、蛋白質(zhì)、輔酶因子和植物激素的重要組成部分。氮對植物的生長發(fā)育起著決定性作用，它在植物葉片伸展以及開花過程中的作用已經(jīng)得到了廣泛證實(shí)，在植物根系生長和發(fā)育過程中的功能也得到了深入研究。AQP是重要的跨膜通道蛋白，通過細(xì)胞和細(xì)胞器膜進(jìn)行水分子的跨細(xì)胞運(yùn)動(dòng)，同時(shí)還參與輸送甘油、尿素、金屬類、二氧化碳、氮?dú)狻⑦^氧化氫和氨等小中性分子。因此，AQP在維持細(xì)胞內(nèi)碳氮水平、轉(zhuǎn)運(yùn)關(guān)鍵調(diào)控分子等方面均發(fā)揮關(guān)鍵作用[13]。不同濃度KNO3處理的毛竹中AQP基因表達(dá)差異變化表明，不同的AQP基因可能以不同的方式參與氮的運(yùn)輸，另外差異表達(dá)的TF及其與AQP基因的共表達(dá)結(jié)果表明，這些TF在受不同氮處理影響的同時(shí)，還參與AQP基因表達(dá)的調(diào)控，進(jìn)而參與毛竹體內(nèi)的水分和氮的運(yùn)輸，以維持水分平衡和氮分配。

研究表明，AQP基因的表達(dá)除受TF調(diào)控外，還受到miRNA的調(diào)節(jié)以及蛋白修飾的影響。如在小麥中tae-miR1131與tae-miR408剪切抑制TaPIP1的表達(dá)，熱激蛋白TaHSP90可與TaPIP1相互作用[14]。水稻葉片中水和氮平衡的機(jī)制引起參與膜轉(zhuǎn)運(yùn)的蛋白質(zhì)的廣泛變化，包括水通道蛋白OsPIP2-6的磷酸化[15]。在高濃度氮處理下玉米根系導(dǎo)水率的快速變化與質(zhì)膜中的PIP蛋白豐度相關(guān)，表明PIP翻譯后機(jī)制在根系水動(dòng)力學(xué)參數(shù)的短期調(diào)節(jié)中發(fā)揮著重要作用[16]。另外，激素信號(hào)也能調(diào)節(jié)AQP基因的表達(dá)。在大麥所有HvTIPs基因啟動(dòng)子區(qū)域中均含有茉莉酸甲酯(MeJA)誘導(dǎo)的順式作用基序，MeJA處理導(dǎo)致大麥葉片中氮含量下降[3]。外源脫落酸(ABA)處理，能夠增加大麥莖的導(dǎo)水率和HvPIP2的表達(dá)豐度[17]。在大豆GmTIP1;6基因啟動(dòng)子中含有ABA和MeJA順式作用元件，其表達(dá)受ABA和MeJA的強(qiáng)烈誘導(dǎo)[18]。因此，要深入解析竹子快速生長中AQP的作用機(jī)制，還需要考慮miRNA的調(diào)節(jié)、AQP翻譯后修飾以及不同激素的影響。