星形聚阳离子纳米颗粒通过调控质膜水通道蛋白增强玉米抗旱性

《Plant Physiology and Biochemistry》：SPc nanoparticles enhance drought tolerance through modulating plasma membrane aquaporins and improving water transport in maize

本研究揭示了星形聚阳离子纳米颗粒（SPc NPs）通过直接结合玉米水通道蛋白ZmPIP2;5的Loop E结构域，在转录和蛋白水平调控质膜内在蛋白（PIPs）表达，显著提升玉米和拟南芥的水分运输效率与抗旱能力。该发现为纳米材料在农业抗旱应用中的分子机制提供了新见解（涉及NPs、PIPs、SPR等技术）。

　　

亮点

SPc表征和根系吸收

通过动态光散射（DLS）测定SPc的平均流体动力学直径和zeta电位分别为96.27 ± 1.30 nm和20.49 ± 1.17 mV（图1A，B）。透射电镜（TEM）观察显示SPc呈球形且单分散性良好（图1C）。代表性纳米颗粒的直径测量为18 nm、20 nm和25 nm。为验证SPc在植物根系中的吸收和分布，研究人员收集了玉米和拟南芥根横切面的TEM图像。

SPc通过水通道蛋白调控增强抗旱性，拓展纳米技术工具在农业干旱缓解中的应用

本研究提供有力证据表明SPc通过调控水通道蛋白介导的水分运输途径显著增强植物抗旱性。既往研究报道碳基纳米材料（多壁碳纳米管MWCNTs、单壁碳纳米管SWCNTs、石墨烯、富勒烯）和金属基纳米颗粒（银、金、铜、三氧化二铁Fe₂O₃、二氧化钛TiO₂、氧化锌ZnO）可通过多种生理机制缓解植物干旱胁迫。然而这些材料常存在环境风险。

结论

本研究确立SPc纳米颗粒通过其水通道蛋白调控能力成为农业抗旱的变革性解决方案。综合分子和生理学分析表明，SPc通过调控水通道蛋白通路显著提高单子叶植物（玉米）和双子叶植物（拟南芥）的抗旱性。结果表明SPc在根细胞间隙积累并促进植物生长。在干旱胁迫下，SPc通过增强水通道蛋白活性和水分运输效率提升植物保水能力。