Las acuaporinas y agua La homeostasis en las plantasPor Kjellbom, Christer Larsson, Ingela Johansson, Maria Karlsson y Urban JohansonLas acuaporinas son protenas de los canales de agua de las membranas vacuolar y de plasma. Cuando est abierto facilitan el movimiento pasivo de las molculas de agua por un gradiente de potencial hdrico. En Arabidopsis, 30 genes se han encontrado que el cdigo para acuaporina homlogos. Algunos de estos genes codifican para protenas muy abundantes constitutivamente expresadas y algunas son conocidas por ser regulado temporal y espacialmente durante el desarrollo y en respuesta al estrs. La actividad de transporte de agua de dos acuaporinas se regula a nivel de protenas por fosforilacin y desfosforilacin. En un momento dado, las clulas expresan varios acuaporinas diferentes, y es probable que vacuolar y la membrana plasmtica acuaporinas que actan en concierto son responsables de la osmorregulacin citoslica que es necesario para el mantenimiento de los procesos metablicos normales.Los estudios de inhibicin de acuaporinas in vivo y anti sentido estudios de mutantes sugieren que, adems de la osmorregulacin citoslica, acuaporinas son importantes para el flujo mayor de agua en las plantas.El movimiento transmembrana de agua, un relativamente polar molcula fue, hasta hace poco, cree que puede lograr por la difusin de molculas de agua a travs de la bicapa lipdica de las membranas de los organismos vivos. En retrospectiva, la razn de esta suposicin no es evidente, como bicapas lipdicas artificiales haban sido encontrado que es mucho menos permeable al movimiento del agua trans bicapa en comparacin con las membranas biolgicas, tales como el plasma membranas de eritrocitos y cells1 epiteliales renales. Sin embargo, porque no hay canales de agua proteinceos o transportadores tenan sido identificado, se cree que el agua cruz biolgica membranas sin la ayuda de canales o transportadores especficos.El transporte neto de agua a travs de membranas biolgicas es depende de gradiente hidrosttica y osmtica. La hidrulica conductividad de una membrana es proporcional a la del agua osmtica permeabilidad (PF), que es una propiedad de cada membrana especfica, medido mediante la imposicin de un gradiente osmtico o hidrosttica a travs la membrana. La permeabilidad por difusin (Pd), que es tambin un propiedad especfica de cada membrana, es una medida de la difusin libre de agua a travs de una membrana, tal como se mide por el intercambio de agua sin un gradiente impuesto. Para un lpido sinttico bicapa, Pf equivale aproximadamente Pd. Sin embargo, para las membranas biolgicas, Pf se ha encontrado para ser mayor que Pd (Refs 3,4). Por ejemplo, mucho mayor Pf: proporciones de Pd se han establecido para el movimiento de agua a travs de la membrana de los eritrocitos. La activacin de Arrhenius de energa (es decir, la dependencia de la temperatura) de la osmtica permeabilidad al agua de los eritrocitos es similar a la de libre difusin de agua y mucho ms bajo que la energa de activacin de difusin permeabilidad al agua de una bicapa lipdica artificial. Tomados en conjunto, esto sugiere que los poros acuosos transmembrana son responsables para la mayor parte del transporte de agua a travs de la membrana de los eritrocitos.A diferencia de permeabilidad al agua por difusin, que no puede ser inhibida por medios qumicos, es posible inhibir la osmtica permeabilidad al agua por reactivos qumicos conocidos para modificar covalentemente residuos de cistena, lo que sugiere que las protenas son componentes del poro transmembrana. La primera protena con actividad de transporte de agua ser identificado fue CHIP28 (formando protena integral de canal de 28 kDa), una de las principales protein5 membrana plasmtica de los eritrocitos. CHIP28 haba sido aislado y clonado por casualidad y encontrado que tienen una alta homologa de secuencia a una previamente aislado y clonado protena de la membrana plasmtica, la protena intrnseca importante (MIP) del membrane6 celular fibra cristalino bovino. Cuando los ovocitos fueron inyectados con ARNc correspondiente al ARNm CHIP28, y despus se incubaron durante unos pocos das, permitiendo que la protena de ovocitos maquinaria de sntesis de sintetizar y dirigir CHIP28 a la membrana de plasma de ovocitos, los ovocitos transgnicas se hincharan mucho ms rpido de ovocitos de control cuando se coloca en una solucin hipotnica. juntos con la abundancia de la protena en las clulas conocidas CHIP28 para ser permeable a agua 7, tales como eritrocitos y clulas epiteliales del rin , este CHIP28 identificado ( que ahora se llama acuaporinas 1 , AQP1 ) como el primer ejemplo de un protein5 canal de agua .Cuando los ovocitos se transfieren a una solucin hipotnica (cinco veces ms diluido) por lo general toma de tipo salvaje ovocitos de una hora para hincharse 50 % y la rotura, en comparacin con los ovocitos transitoriamente que expresa una protena de canal de agua, que la ruptura dentro de unos pocos minutos despus de un aumento comparable en volumen. Los genes que codifican protenas homlogas a la MIP del ojo de la lente - membrana celular de fibra pertenecen a la familia de protenas MIP y se han encontrado en organismos que van desde las bacterias hasta hongos, plantas, insectos y mamferos. Usando el sistema de expresin de ovocitos, la mayor parte de la MIP homlogos ensayados son las acuaporinas, es decir los canales de agua. Sin embargo, dos miembros de la familia MIP, GlpF en E. coli y en la levadura FPS1, glicerol transporte, pero no WATER8, 9. Por otra parte, unos precios mnimos tienen especificidad mixta, por ejemplo el AQP3 humana permite el paso de glicerol, as como water10, y NOD26 de soja permite el paso de glicerol y forma mida adems de water11.Basado en el anlisis bioqumico y estructural de dos dimensiones cristales de AQP1, una estructura tridimensional 6 A tiene sido resolved12. AQP1 contiene seis dominios transmembrana con tanto el C - y N-terminal en el lado citoplsmico de la membrana, una topologa que se conserva en todos los homlogos de MIP (Fig. 1). AQP1 parece existir como tetrmeros en la membrana nativa, aunque cada monmero tiene activity13 transporte de agua.

Acuaporinas vegetales Resultados consistentes con la presencia de las protenas transmembrana facilitar flujo de agua en cells14 planta, y la identificacin de varias protenas principales de membrana de plantas con una alta homologa de secuencia a AQP1 y MIP (tambin conocido como AQP0) 15-22, llevado a la identificacin de una protena del canal de agua en membranes23 planta.Este canal de agua, g- TIP, se localiza en el tono plast (es decir, el membrana vacuolar) 20. Hasta el momento, todas las acuaporinas de clulas de mamferos estn localizadas en la membrana plasmtica, mientras que las clulas vegetales contienen acuaporinas, tanto en el tono plast y la membrane24 - 27 en plasma. En Arabidopsis, hay por lo menos 30 miembros de la family28 MIP (U. Johanson et al., Sin publicar). De acuerdo a la secuencia de aminocidos similitudes, Arabidopsis PIM tampoco pertenecen a los precios mnimos de la tono plast (es decir, las protenas tono plast intrnseco, propinas), a los precios mnimos de importacin de la membrana de plasma (es decir, las protenas intrnsecas de la membrana plasmtica, PIPs), o para los NLM (NOD26 - como MIPS). Los PIPs, Consejos NLM y forman tres grupos filogenticos distintos (Fig. 2). La PIP se pueden dividir en dos subfamilias - PIP1 y PIP2 (Ref. 29). Todos los consejos se dividen en tres subfamilias: aTIPs, dTIPs y gTIPs, a excepcin de Nt - TIPA, que forma un grupo separado (M. Karlsson et al , No publicado) . Aparte de unos pocos aminocidos conservados residuos de cido en posiciones especficas caractersticas de cualquiera de la PIP1 o la subfamilia PIP2 , los miembros de la subfamilia PIP1 tiene miembros de N- termini y la subfamilia PIP2 extendidos tienen extendido C -terminales . Ambos subfamilias PIP han extendido N termini en comparacin con los TIP (Ref. 25).Doce de los precios mnimos expresados identificados en Arabidopsis son PTI, 12 son PIP y los seis homlogos Arabidopsis MIP restantes son NLM (Ref. 28, U. Johanson et al. , sin publicar). La seis NLM tiene ms similitud con NOD26, una acuaporina del ndulo de la raz de soja peribacteroid membrane30, aunque el subcelular ubicacin de los miembros de este grupo de Arabidopsis (por ejemplo, NLM1) no se conoce. Las plantas MIP homlogos que han sido probado para la actividad de transporte de agua se han encontrado para ser agua channels28 , a excepcin de NOD26 (Ref. 11 ) , Nt- Tipa (Ref. 31) y Nt - AQP1 (Ref. 32 ) , que , adems de agua , han sido notificado a ser permeable a los solutos pequeos no cargados . Es razonable suponer que la mayora de la Arabidopsis restante MIPs ser acuaporinas tambin. Sin embargo, no se sabe lo suficiente acerca de lo que determina la especificidad del transporte para el canal de discernir especificidad basada en la secuencia primaria solo. Independientemente de si la totalidad o slo la mayora de los PIM de plantas son las acuaporinas, es evidente que un gran nmero de las acuaporinas estn presentes en las plantas, algunos localizados en el tonoplasto, algunos en la membrana plasmtica y algunos posiblemente localizados en endomembranas 33, 34.Regulacin transcripcional y postraduccional de las acuaporinasFusiones promotor - GUS, hibridaciones de mRNA in situ, en el norte manchas y los estudios inmunolgicos han mostrado que la expresin de las acuaporinas est regulado por el desarrollo de un tipo de clulas especficas manera. Algunos acuaporinas se expresan constitutivamente y los cuantificados se han encontrado para constituir hasta el 20 % del total integrante protein27 membrana. Algunos genes AQUAPORIN estn regulados por la sequa [ clon 7 bis (Ref. 35 ) , RD28 (Ref. 22 ) ], mientras que otros son las reguladas [ IMCP y MIPC (Ref. 36 )] , y algunos estn regulados por hormonas vegetales , tales como el cido abscsico [ AthH2 tambin nombrado PIP1b ( Refs 37,38 )] y cido giberlico [ At- GTIP (Ref. 39 )] . AQP2 del rin recoger clulas epiteliales de los conductos, de NOD26 la membrana peribacteroid, a- punta de la protena de almacenamiento de semilla de frijol membrana vacuolar, y PM28A de la membrana plasmtica de espinacas todas han demostrado ser phosphorylated 27 ,40 - 42. En el caso de un - TIP y PM28A, se ha demostrado que la fosforilacin y desfosforilacin regula la actividad de transporte de agua, cuando el acuaporinas se expresan transitoriamente en ovocitos 26, 43. In vivo, la grado de fosforilacin de Ser274 de PM28A, siete aminocidos de los cidos de la C -terminal, se reduce a una disminucin apoplstica conditions27 agua potencial sequa simulacin (Fig. 3). In vitro, la usando aislados vesculas de membrana de plasma, el mismo residuo de serina es fosforilada por una cota - membrana plasmtica Ca2+ dependiente kinase27 protena, posiblemente un (protena de dominio - calmodulina como CDPK quinasa) 44. Al utilizar el sistema de ovocitos y la mutagnesis dirigida al sitio, Ser115 tambin se muestra para influir en el transporte activo de agua de actividad de PM28A (Ref. 26). Ser115 se encuentra en la primera citoplsmica lazo en un sitio de fosforilacin consenso (Arg- Lys -x- SERX - x-Arg/Lys o slo Lys -x -Ser- xx- Arg, donde x representa cualquier aminocido) para los mamferos de la protena quinasa A o C. Este sitio es conservada en todas las acuaporinas de membrana de plasma (es decir, en todos los miembros de las subfamilias PIP1 y PIP2). Un sitio de fosforilacin similares tambin se encuentra en la mayora de las acuaporinas tono plast , aunque la mayora TIP tienen una treonina en lugar de una serina en esta posicin ( M. Karlsson et al . , No publicado) . Adems de PM28A, a- TIP es fosforilada en este sitio (Ser99) cuando se expresa en ovocitos43.Por lo tanto, la posicin del sitio de fosforilacin correspondiente a Ser115 de PM28A y Ser99 de A-Tip se conserva (fig. 3), pero la secuencia consenso de aminocidos difiere al comparar los PIP con TIPS .

La figura. 1. Estructura bsica de las acuaporinas. El modelo es vlido para ambos protenas intrnsecas de la membrana plasmtica (PIP) y tono plast intrnseco protenas (consejos). El lado con la N- y C-terminales siempre se enfrenta a la citosol mientras que el otro lado se enfrenta ya sea el apoplasto, en el caso de los PIP, o la vacuola, en el caso de PTI. Hay seis transmembrana hlices. El primer bucle citoslico y la tercera extracytosolic bucle, cada uno de los cuales contienen un Pro -Ala - Asn cuadro conservado (NPA), son relativamente hidrfobo y probablemente echar mano de la membrana desde lados opuestos, creando una estructura transmembrana sptimo . La coloracin de las hlices refleja la homologa interna, donde el N-terminal media de la protena es homloga a la mitad C-terminal, aunque el dos mitades se insertan inversamente en la membrana. Por lo tanto, la hlice 1 corresponde a hlice 4 , hlice de 2 a 5 hlice y hlice 3 a hlice 6 . Residuos de serina conservadas que se sabe que son fosforilados y desfosforilado in vitro , in planta y en el sistema de ovocito , con lo que regula la actividad de transporte de agua de las acuaporinas , son tambin representado . El residuo serina (Ser) en el primer bucle citoslico est presente en todos los miembros de la subfamilia PIP1 y PIP2. En lugar de esta serina, la mayora de los miembros de la subfamilia TIP tiene un residuo treonina. La serina en el dominio C-terminal est presente en todos los miembros de la subfamilia PIP2. Este modelo esquemtico se basa en la estructura de AQP1 (Ref. 61) Un sitio de fosforilacin consenso (Lys -xxx -Ser -x- Arg) alrededor Ser274 se conserva en todas las acuaporinas membrana plasmtica PIP2. Un consenso sitio similar (Lys -xx -xx -Ser - Lys) tambin se encuentra en NOD26, que est fosforilada en Ser262 en el extremo C-terminal regin por un CDPK localizada en la membrana peribacteroid (Ref. 45). Los seis miembros de la subfamilia Arabidopsis NLM tienen sitios putativo de fosforilacin (Lys / xx / Arg -x -Ser- xx- Lys / Arg ) en este posicin (U. Johanson et al. , sin publicar) . Las subfamilias PIP1 y TIP carecer de este sitio de fosforilacin C-terminal. El altamente naturaleza conservada de los sitios de fosforilacin consenso correspondientes a Ser274 y 115 entre las clases de MIPs vegetales sugieren fuertemente que estos residuos son fosforilados y tambin de fosforilado en la planta , con lo que regula el canal de agua actividad ( fig. 4 ) .

La figura. 2. Anlisis filogentico de los 27 miembros de la principal protena intrnseca (MIP) de la familia. La facilitadores de glicerol de E. coli (Ec- GlpF) y levadura (FPS1) transportan glicerol pero no el agua, y la AQP3 aquaglyceroporin mamferos transporta glicerol, as como agua. Entre la planta MIPs, NOD26 del ndulo soja peribacteroid membrana, perteneciente a la NLM (NOD26 - como MIP) subfamilia, junto con Nt - AQP1 y Nt - TIPA, tambin se han reportado para ser permeable a los solutos pequeos, no cargados, as como al agua. La familia MIP restante miembros incluidos en el anlisis son o acuaporinas o su especificidad es desconocida. La planta tono plast protenas intrnsecas (TIPS) comprende tres subfamilias, adems de Nt- Tipa, que forma un grupo de su propia, mientras que la membrana plasmtica planta de protenas intrnsecas (PIP) forman una clster dividido representa la PIP1 y las subfamilias PIP2. MIPs que son capaces de transportar glicerol u otros pequeos solutos no cargados se indican en gris. Las secuencias fueron alineadas utilizando PileUp [ Wisconsin Package Versin 10.0, Genetics Computer Group ( GCG ) , Madison, WI , EE.UU. ] , el rbol se construy usando PAUP (Anlisis filogentico utilizando parsimonia , Versin 3.1 , distribuido por el Illinois Natural History Survey, Champaign, IL , EE.UU. ) , y los nmeros junto a los nodos son values62 bootstrap de 100 rplicas. Los valores de arranque representan la proporcin de veces que aparece una rama en el rbol.El AQP2 acuaporina se expresa en las clulas principales de la conducto colector renal de los riones de mamferos y de la hormona Vaso presina regula la permeabilidad al agua transcelular en este tejido. La vasopresina la unin a sitios extracelular de un receptor en la membrana plasmtica baso lateral activa la adenilato ciclasa. La AMPc dependiente de la protena quinasa A, fosforila AQP2 reside en vesculas periplsmicos haciendo que se fusionan con la apical membrana plasmtica de las clulas principales, lo que aumenta la permeability46 agua. Un mecanismo de regulacin relacionados pudieron ser que operan en plantas porque acuaporinas membrana plasmtica de la Subfamilia PIP1 se ha demostrado por electrones inmunomarcaje microscopa se asocien a plasmalemasomes invaginaciones de la membrana plasmtica que sobresale en el citosol y en la vacuola central de Arabidopsis mesfilo cells33. Reciente resultados inmunolgicos tambin indican que Miembros de la subfamilia PIP1 estn presentes en membranas intracelulares, as como en el membrane34 de plasma. Sin embargo, los ataques directos de vesculas periplsmicos, en lnea con el mecanismo descrito para AQP2, tiene no se ha mostrado en las plantas. Porque vesculas periplsmicos son de adentro hacia afuera que no terminara en la membrana plasmtica fraccin obtenida por el polmero acuosa de dos fases tcnica, aunque los resultados para PM28A, que muestran alta constitutiva abundancia en la membrana plasmtica, no hacer excluir a regulacin por parte de la vescula de metas para otros acuaporinas. La subfamilia PIP1 members33 tienen un ms corto C-terminal regin en comparacin con la subfamilia PIP2 miembros y, por lo tanto, carecen de la consenso sitio de fosforilacin correspondiente a Ser274 de PM28A. Esto apunta a un diferente mecanismo de regulacin de la subfamilia PIP1 miembros, que podra incluir vescula focalizacin. Focalizacin de vesculas, como consecuencia de la induccin transcripcional de las acuaporinas codificadas por los genes conocidos ser la sequa inducida - , ocurre probablemente pero este mecanismo es distinta de la vescula fusin inducida por fosforilacin - descrito para AQP2, aunque la final el resultado del juego - un aumento del nmero de las acuaporinas en la membrana - es similar. Acuaporinas especficos se expresaron en general en varios tejidos y rganos de un plant27, 47. Sin embargo , dentro de los tejidos y rganos de la expresin est fuertemente correlacionada con las clulas conocidas que se asocian con grandes flujos de agua , tales como la epidermis de la raz, exodermal y clulas del endodermo , las clulas del parnquima del xilema inmediatamente adyacente de los vasos del xilema , floema compaero las clulas y las clulas que rodean el floema en lminas foliares y stems48 (R. Kaldenhoff , pers. commun . ) , cells38 guardia, y en las clulas en cierta desarrollo puntos de tiempo asociados con la expansin de clulas o elongation21, 38,47 . Buffering fluctuaciones osmtica de la citosol Al medir el aumento de la dispersin de la luz o el aumento de la extincin de fluorescencia por espectrofotometra de flujo detenido, es posible seguir la reduccin de volumen de tono plasto y plasma vesculas de la membrana cuando se coloca en una solucin hipertnica. Cundo vesculas de membrana de un cultivo en suspensin de clulas de tabaco eran supervisado de esta manera, una diferencia de 100 veces en la permeabilidad al agua osmtica entre el tono plast y las vesculas de membrana plasmtica fue grabado , con el tono plasto siendo el ms permeable membrane49 . Vesculas tono plast raz de trigo son siete veces ms permeable a water50 en comparacin con la membrana plasmtica de la raz de trigo vesculas , y ocho veces menos permeable al agua en comparacin con tono plast vesculas a partir de suspensiones celulares de tabaco. Se concluye que el transporte de agua a travs de la membrana plasmtica de tabaco se produce principalmente por difusin a travs de la bicapa lipdica. Por el contrario, la permeabilidad al agua osmtica de la membrana plasmtica de trigo es tres veces mayor que la permeabilidad difusional, que implican la implicacin de los canales de agua. Sin embargo, la osmtica permeabilidad al agua de la membrana plasmtica es sorprendentemente baja, en tanto la raz de trigo y la suspensin de tabaco clulas, lo que indica que las acuaporinas son o bien no se expresa o se cierran bajo la condiciones experimentales utilizadas.En espinacas, las acuaporinas membrana plasmtica son muy abundantes, con PM28A y B juntos que comprende tanto como 20 % de la total de protein27 membrana plasmtica integral. En este caso, las actividades de transporte de agua de las acuaporinas en las dos membranas que se requerira para ser diferente con el fin para el tono plast tener un nio de siete a 100 - veces mayor permeabilidad al agua osmtica en comparacin con la membrana plasmtica. Estudios de expresin de ovocitos no indican grandes diferencias en las tasas de transporte de agua entre las puntas, PIP [ g -TIP (Ref. 23 ) , RD28 (Ref. 51) y PM28A (Ref. 26 )] , aunque los niveles desconocidos de expresin en la membrana del ovocito , y la incertidumbre en cuanto a si los canales estn abiertos o no, lo hace introducir posibles errores en esa comparacin. Sin embargo, para el tono plasto ser capaz de amortiguar las fluctuaciones osmtica de la cytosol49, 50, sera lgico si el tono plasto tuvieron una mayor permeabilidad al agua osmtica de la membrana plasmtica. esto podra o bien llevarse a cabo por un constitutivamente mayor permeabilidad al agua osmtica para la tono plasto en comparacin con el membrane49 de plasma , 50 , o dinmica despus de la traduccin regulacin de la tono plasto y plasma membrana situada acuaporinas , como se ejemplifica por la regulacin de un -TIP (Ref. 43 ) y PM28A ( Refs 26,27 ) .

La figura. 3. Topologa General de acuaporinas. Esta topologa bsica, representada aqu por las primarias secuencia de la membrana plasmtica de las acuaporinas PM28A, tiene una validez de membrana plasmtica intrnseca protenas (PIP) y tonoplast protenas intrnsecas (PTI). La N-y C-terminales se encuentran en la cara citoslica, mientras que los tres bucles extracytosolic cualquiera enfrentan el apoplasto (PIP) o la vacuola (PTI). Los dos Asn-Pro-Ala (NPA) Cajas conservados se representan en negro, y los lugares conservadas de los sitios de fosforilacin consenso estn representados aqu por Ser115 y Ser274 de PM28A. Grupos fosfato se representan en blanco sobre gris.

La absorcin de agua y la planta entera balance hdrico Hay bsicamente tres posibles rutas para el movimiento del agua en tejido de la planta: la apoplstica, el simplstica y transcelular route52. Esta ltima se define como el transporte de agua a travs de cada uno de clulas (es decir, el transporte a travs de la membrana plasmtica y a travs de la membrana vacuolar de cada clula sin la participacin de plasmodesmos). Sin embargo, debido a que es difcil experimentalmente discriminar entre el movimiento simplstica y transcelular de agua, que se denominan colectivamente como el movimiento de clula a clula de water52. Las races de la mayora de las angiospermas contienen una capa de clulas (tambin llamada hipodermis) exodermal, que es la ms externa capa de clulas de la corteza justo dentro de la capa de clulas epidrmicas, que es la capa ms externa de clulas de la raz. Las clulas forman una exodermal tira Casparian impermeable al agua en las paredes radiales de la misma forma que las clulas del endodermo (la capa celular interna de la corteza). Sin embargo, las clulas exodermal formar una tira de Caspari en una etapa de desarrollo posterior (es decir, ms lejos de la punta de la raz en comparacin con las clulas endodrmicas). Hasta el Casparian exodermal se forma de tira, la corteza es permeable al agua, lo que puede mover apoplastically hasta que alcanza el Casparian endodrmico desnudarse. Las clulas en los exo-y endodermis ms tarde desarrollan waterim permeable laminillas suberina cubren en su totalidad las clulas, y en Adems tambin formar paredes celulares ms gruesas. Las tiras de Caspary de los exo-y endodermis crean discontinuidades apoplstica y requerir el transporte transmembrana de agua en el exo y clulas del endodermo en orden para que el agua alcanzan el xilema.Dentro la corteza y la estela, donde las clulas normalmente estn conectados por plasmodesmos, el agua puede moverse symplastically, transcelular o apoplastically, o por una combinacin de estas rutas. Para que el agua entrar en el xilema, debe salir en ltima instancia de la endodermis o de las clulas del parnquima del xilema de la estela, y as cruzar una membrana plasmtica, similar a la manera en la que K+ se ha demostrado que se publicar en el sap53 xilema. Los patrones de expresin de varios acuaporinas , que son abundantes en las capas de clulas de la raz externa , la endodermis , y las clulas del parnquima del xilema [ PIP1b (Ref. 38 ) , MIPA , MIPB , MIPC (Ref. 36 ) , ZmTIP1 (Ref. 48 ) , y NtAQP1 , un homlogo tabaco PIP1b , R. Kaldenhoff , com. commun . ], son consistente con las limitaciones anatmicas para el movimiento del agua y sugieren que el transporte de agua transmembrana se debe facilitar .El uso deIones de metales pesados, como el Hg2+, se sabe que inhiben el transporte de agua actividad de algunos aquaporins54 de mamfero, algunos tono plasto aquaporins23 y alguna planta membrana plasmtica aquaporins29 - aunque algunos acuaporinas de membrana de plasma son mercuryinsensitive51. El uso de mutagnesis dirigida al sitio, se ha demostrado que HG21 se une a residuos de cistena en o cerca de la de poro acuosa de la canales de agua, inhibiendo con ello transport55 agua, 56. Inhibicin Mercury se ha demostrado para acuaporinas expresadas en oocytes5, 23, 29,56 , y de las acuaporinas en vesculas de membrana nativas como la supervisin de - flow11 detenido , 50 . En general el transporte de agua en plantas intactas o planta rganos tambin se ve afectada drsticamente por el mercurio. Mediante la adicin de sub mM concentraciones de HgCl2 al medio de crecimiento de hidropnicos plantas cultivadas, la conductividad hidrulica (Lp) en las races se reduce por 60-90 % en comparacin con el controls57, 58. Esta reduccin en el flujo de agua Las plantas se transformaron con un constructor de reconocimiento PIP1b (Ref. 59 ) . En ambos brotes y races, las lneas anti sentido haban reducido niveles de PIP1b y PIP1a ARNm. Las partes areas tenan la misma morfologa, independiente de la etapa de desarrollo, mientras que la raz sistemas de plantas anti sentido eran cinco veces ms grandes que la de tipo salvaje plantas. La tasa de absorcin de agua, as como la presin del xilema de la raz de las plantas anti sentido no fue alterada, lo que sugiere que el anti sentido plantas para compensar la reduccin de la membrana plasmtica de la permeabilidad del agua en las races por el aumento del tamao de los sistemas de races. Esta interpretacin se apoya en el hecho de que la permeabilidad al agua osmtica de protoplasto anti sentido fue tres veces inferior a la de tipo salvaje protoplasto. Adaptado de las referencias 26 y 59. A travs de las races no afecta a los flujos de iones en el xilema. La inhibicin es en gran parte reversible tras la adicin de B - mercaptoetanol, y la inhibicin, as como la fase de recuperacin, es de 15-20 min57. Adems, tcnicas de presin - sonda se han utilizado para medir el agua permeabilidades de las clulas individuales del gigante coralina Chara alga y la inhibicin por HgCl2 se encontr que se reversible4. Estos resultados sugieren que la parte principal del flujo de agua en las races, as como en una sola clulas, es dependiente y limitada por el agua acuaporina mediada transporte. La parte restante del flujo de agua que no puede ser inhibida por HgCl2 se puede atribuir a aquaporins51 - mercurio insensible y para difusin pasiva a travs de la bicapa lipdica.Cuando se coloca en una solucin hipotnica, los protoplasto de las hojas de Arabidopsis que haba sido transformada con una construccin anti sentido para la acuaporinas PIP1b membrana plasmtica, sobrevivido considerablemente ms largo en comparacin con el tipo salvaje protoplasts38. Alrededor 50 % de los protoplasto antisentido de dos lneas independientes fueron siendo viable (es decir, no haban reventado) despus de 2 h de incubacin en un solucin hipotnica, momento en el cual todo el control de tipo salvaje protoplastos haban reventado. Las lneas antisentido haban reducido la hoja y la expresin de la raz de no slo la PIP1b sino tambin la transcripcin PIP1a. La permeabilidad al agua osmtica de los protoplastos antisentido era reduccin de alrededor de tres veces en comparacin con los protoplastos de tipo salvaje. Una comparacin de los fenotipos de antisentido y de tipo salvaje plantas mostraron que las partes areas de las plantas tenan la misma morfologa , independiente de la etapa de desarrollo , mientras que la raz sistemas de los transformantes antisentido , calculado como masa de races , fueron cinco veces mayor en comparacin con el plants59 de tipo salvaje (Fig. 4 ) . Por otra parte, la tasa de absorcin de agua y la presin de la raz para la plantas antisentido no se vio alterada en comparacin con la de tipo salvaje plantas, lo que sugiere que las plantas antisentido compensar reducida de plasma permeabilidad de la membrana de agua mediante el aumento del tamao de la sistema radicular.

La figura. 4. Cort plazo y largo plazo la regulacin del flujo de agua. (a) Una modelo para la osmorregulacin citoslico a nivel de clulas individuales que implica regulacin de la actividad de transporte de agua de las acuaporinas de membrana plasmtica por la fosforilacin y desfosforilacin. Cuando la clula de la planta detecta un potencial hdrico apoplstica bajado, las acuaporinas se convierten en desfosforilado, lo que reduce la permeabilidad al agua de la membrana plasmtica y reducir al mnimo la prdida de agua. Las acuaporinas de la membrana vacuolar permanecen abiertas y permiten que el agua fluya hacia el citosol para compensar la prdida de agua hacia el apoplasto. Abreviaturas: PK, la protena quinasa; P, grupo fosfato. (b) Comparacin de la Fenotipo anti sentido Arabidopsis (izquierda) con el tipo salvaje (derecha).

Conclusiones y perspectivasIndependientemente del hecho de que el transporte de agua en el xilema desde las races a las partes superiores de una planta es accionado por un negativo presin hidrosttica como resultado de la transpiracin en la fotosntesis partes de una planta, el agua tiene que llegar al apoplasto estelar adyacente a los vasos del xilema para ser accesible para el transporte xilema.Las hiptesis sobre los mecanismos de la homeostasis del agua y el agua transporte dentro de los tejidos y rganos, como races y hojas, tienen cambiado considerablemente con el tiempo y podra seguir hacindolo. Sin embargo, la evidencia de la importancia de las acuaporinas en el mayor flujo de agua y para la homeostasis del agua no puede ser ignorada. La plasma y la membrana tono plast acuaporinas son muy abundantes y son codificadas por muchos genes, que se sabe que son temporalmente y espacialmente regulados durante el desarrollo y en respuesta a la sequa - estrs.Un estudio sistemtico de los patrones de expresin de Arabidopsis Homlogos MIP (30 han sido identificados) se requiere para generar una visin integral de la pauta general de expresin. Este se debe hacer tanto en la transcripcin y en el nivel de protenas porque el volumen de negocios acuaporina parece ser variable, por ejemplo, cuando la comparacin de las acuaporinas constitutivamente expresadas e inducibles. El estudio deber proporcionar informacin relativa a la cual las clulas son limitante para el flujo mayor de agua y, por lo tanto , importante para homeostasis del agua . Heterogeneidad lateral de los diferentes acuaporinas en la membrana plasmtica es probablemente importante para el paso de agua a travs de los tipos de clulas que representan barreras entre diferentes compartimentos de rganos, tales como la capa de clulas endodrmico la separacin de la corteza y la estela . Adems, el agua actividad de transporte de algunos acuaporinas tambin est regulada en el nivel de protenas por fosforilacin y desfosforilacin en uno de manera dependiente de la turgencia.Con respecto a las posibles vas de transduccin de seal aguas arriba responsable de regular la apertura y cierre de las acuaporinas es probable que las protenas de membrana especficos supervisar la diferencia de potencial de agua a travs de la membrana (es decir, funcionan como osmosensors), y, o bien interactuar directamente y regular las acuaporinas o regular las acuaporinas indirectamente, tal como mediante la regulacin de protenas quinasas y fosfatasas. En la levadura, dos independientes y sin relacin Se han identificado osmosensors. Ambos son protenas de membrana que regulan una cascada de fosforilacin llamado el HOG (alta osmolaridad glicerol) va, a travs de vas de fosforilacin. Un homlogo de Arabidopsis de uno de los osmosensors de levadura se ha identificado y clonado, y su funcin se ha verificado por complementacin funcional de un mutant60 levadura, identificando as una posible osmosensor planta (K. Shinozaki , com. Commun.)Tomados en conjunto, el gran nmero de genes que codifican las acuaporinas, la expresin diferencial de genes de acuaporina en el tiempo y el espacio, la focalizacin de la vescula probable de algunos acuaporinas y el heterogeneidad lateral probable dentro de las clulas individuales, sugieren que acuaporinas estn involucrados en un reglamento verstil y dinmica del movimiento del agua. As, los resultados disponibles sugieren que, en conjunto, de membrana de plasma y tono plasto acuaporinas no slo son amortiguar las fluctuaciones osmtica de la citosol, pero tambin se orquestar el flujo global de agua en las plantas.AgradecimientosDamos las gracias a Ralf Kaldenhoff , Christophe Maurel y Kazuo Shinozaki para divulgar los resultados no publicados y Bengt Widegren ayuda con las comparaciones de secuencias . Las subvenciones de SJFR , NFR , el EUBiotech programa ( BIO4 - CT98 -0024 ) y el Plan Estratgico de Suecia Red de Biotecnologa Vegetal se agradece.