木薯（Manihot esculenta Crantz）是典型的熱帶塊根類作物，可在邊際土地上種植，還可通過僅保留莖稍葉片以耐受連續4-6個月的旱季。當雨季來臨時，植株可快速恢復生長。然而，這種熱帶植物特有的耐旱、耐貧瘠的分子機制尚未揭示。
8月7日，《植物學報（英文版）》（JIPB）在線發表了中國科學院分子植物科學卓越創新中心張鵬研究組撰寫的題為The aquaporin MePIP2;7 improves MeMGT9-mediated Mg2+ acquisition in cassava的研究論文。該研究發現木薯水孔蛋白MePIP2;7能夠與鎂離子轉運蛋白MeMGT9直接在質膜上互作，協同木薯維管束細胞內水分和鎂離子的跨膜轉運，從而提高木薯對水分和鎂營養元素的吸收、加速木薯的生長。
水孔蛋白可以轉運水分，并可以轉運中性小分子和CO2等，通過調節植物體細胞內外水分的跨膜轉運參與植物的逆境脅迫響應。鎂離子是植物必需的礦質元素，對植物生長發育具有重要作用。水孔蛋白可直接或間接參與氮、硅、硼、磷、鈣、鉀等營養元素的運輸，而參與鎂離子運輸的研究尚未見報道。
張鵬研究組發現水孔蛋白MePIP2;7具有水分轉運功能，且干擾該基因的表達會導致木薯基部葉片出現明顯的邊緣缺綠、壞死和淀粉積累等表型。進一步，分析發現，在大田和水培缺鎂條件下MePIP2;7-RNAi植株基部葉片和根中的Mg2+含量顯著降低；通過外源施加Mg2+可恢復組培條件下MePIP2;7-RNAi植株生長受抑制的表型。非損傷離子檢測分析表明，過表達MePIP2;7植物體內Mg2+的流動增強，而干擾MePIP2;7表達后，植物體內Mg2+的流動顯著降低。爪蟾注射結果表明，MePIP2;7具有水分轉運功能而不能直接轉運Mg2+，但MeMGT9能夠介導Mg2+的外排。研究進一步通過酵母互補實驗和爪蟾注射試驗分析發現，MePIP2;7可協同促進MeMGT9對Mg2+的轉運能力。酵母雙雜、BiFC和Co-IP試驗證實了兩者存在互作關系。因此，該研究表明MePIP2;7通過與MeMGT9互作協同調節水分和Mg2+的運輸，從而提高木薯對Mg2+元素的吸收和利用。該工作發現了木薯體內水分和鎂營養元素協同轉運的新機制，并為木薯適應熱帶環境和耐瘠薄機制提供了新理論。
研究工作得到國家自然科學基金、上海市自然科學基金、現代農業產業技術體系項目和亞熱帶農業生物資源保護與利用國家重點實驗室開放課題的支持。該研究由分子植物卓越創新中心和廣西大學合作完成。