Regulation of aquaporins in plants under stress

Resumo

As aquaporinas (AQP) são proteínas de canal pertencentes à superfamília das Proteínas Intrínsecas Maiores (PIM) que desempenham um papel importante nas relações hídricas das plantas. A principal função das aquaporinas nas plantas é o transporte de água e outras pequenas moléculas neutras através das membranas biológicas celulares. As AQPs possuem características notáveis para proporcionar um fluxo de água eficiente e, frequentemente, específico, permitindo-lhes transportar água para dentro e para fora das células ao longo do gradiente de potencial hídrico. As AQPs de plantas são classificadas em cinco subfamílias principais, incluindo as proteínas intrínsecas da membrana plasmática (PIPs), proteínas intrínsecas do tonoplasto (PITs), proteínas intrínsecas semelhantes à nodulina 26 (PINs), proteínas intrínsecas básicas pequenas (PISs) e proteínas intrínsecas X (PIXs). As AQPs estão localizadas nas membranas celulares e são encontradas em todas as células vivas. No entanto, a maioria das AQPs descritas em plantas está localizada no tonoplasto e nas membranas plasmáticas. A regulação da atividade das AQP e da expressão gênica também é considerada parte dos mecanismos de adaptação a condições de estresse e depende de processos complexos e vias de sinalização, bem como de fatores transcricionais, traducionais e pós-traducionais complexos. O controle da abertura dos canais (gating) das AQPs por meio de diferentes mecanismos, como fosforilação, tetramerização, pH, cátions, espécies reativas de oxigênio, fitohormônios e outros agentes químicos, pode desempenhar um papel fundamental nas respostas das plantas a estresses ambientais, mantendo a absorção e o movimento da água no corpo da planta.

Abstract

Aquaporins (AQP) are channel proteins belonging to the Major Intrinsic Protein (MIP) superfamily that play an important role in plant water relations. The main role of aquaporins in plants is transport of water and other small neutral molecules across cellular biological membranes. AQPs have remarkable features to provide an efficient and often, specific water flow and enable them to transport water into and out of the cells along the water potential gradient. Plant AQPs are classified into five main subfamilies including the plasma membrane intrinsic proteins (PIPs), tonoplast intrinsic proteins (TIPs), nodulin 26 like intrinsic proteins (NIPs), small basic intrinsic proteins (SIPs) and X intrinsic proteins (XIPs). AQPs are localized in the cell membranes and are found in all living cells. However, most of the AQPs that have been described in plants are localized to the tonoplast and plasma membranes. Regulation of AQP activity and gene expression, are also considered as a part of the adaptation mechanisms to stress conditions and rely on complex processes and signaling pathways as well as complex transcriptional, translational and posttranscriptional factors. Gating of AQPs through different mechanisms, such as phosphorylation, tetramerization, pH, cations, reactive oxygen species, phytohormones and other chemical agents, may play a key role in plant responses to environmental stresses by maintaining the uptake and movement of water in the plant body.