Dynamic role of aquaporin transport system under drought stress in plants

Resumo

O déficit prolongado de umidade do solo representa uma ameaça significativa à sobrevivência das plantas. As plantas evoluíram para suportar tais condições mantendo o status hídrico por meio de mecanismos adaptativos, que incluem a modulação da atividade das aquaporinas (AQPs). As AQPs são pequenas proteínas integrais de membrana que facilitam o movimento da água através das células. Esta revisão resume os importantes mecanismos regulatórios que controlam a dinâmica da atividade das AQPs para ajustar finamente o status hídrico da planta sob condições de déficit hídrico. Numerosos estudos têm mostrado expressão diferencial de AQPs sob estresse hídrico em plantas. Entre as subfamílias de AQPs conhecidas, membros da proteína intrínseca da membrana plasmática (PIP) e da proteína intrínseca do tonoplasto (TIP) mostraram expressão mais significativa sob condições de seca. A atividade, estabilidade e direcionamento de membrana dessas AQPs são conhecidos por serem regulados tanto em nível transcricional quanto pós-traducional. Fatores de transcrição e hormônios induzidos pela seca também estão envolvidos na regulação transcricional direta ou indireta. Em nível pós-traducional, modificações como fosforilação, glicosilação, ubiquitinação, gating e tetramerização desempenham um papel na regulação da abundância e atividade das proteínas AQP. Compreender tais mecanismos regulatórios ajudará na exploração das AQPs para melhorar as plantas cultivadas para uma agricultura sustentável sob condições ambientais em mudança.

Abstract

Prolonged soil moisture deficit poses major threat to plant survival. Plants have evolved to withstand such condition by maintaining water status through adoptive mechanisms. Such mechanisms include modulation of Aquaporins (AQPs) activity. The AQPs are small integral membrane proteins which facilitate water movement across the cells. This review summarizes the important regulatory mechanisms controlling the dynamics of AQP activity to fine tune the plant water status under the water deficit condition. Numerous studies have shown differential AQP expression under drought stress in plants. Among the known AQP subfamilies, members of plasma membrane intrinsic protein (PIP) and tonoplast intrinsic protein (TIP) showed most significant expression under drought condition. The activity, stability, and membrane targeting of these AQPs are known to be regulated at transcriptional as well as post-translational level. Drought induced transcription factors and hormones are also involved in direct or indirect transcriptional regulation. At post-translational level modifications such as phosphorylation, glycosylation, ubiquitination, gating and tetramerization play a role in regulation of the abundance and activity of AQP proteins. Understanding such regulatory mechanisms will help in exploration of AQPs to improve crop plants for sustainable agriculture under changing environmental conditions.