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水通道蛋白（Aquaporins,AQPs）是一类广泛存在于动、植物界的主要内在蛋白（Major intrinsic protein,MIP）。在植物中,AQPs参与根的水分吸收与运输、气孔闭合的调节、H2O2及CO2等小分子的跨膜运输等诸多生理过程。以往的研究表明,AQPs的表达有具有时空特异性,盐胁迫可诱导或抑制某些编码AQPs的基因表达,这些AQPs在植物响应盐害过程中可能起重要作用。菊芋（Helianthus tuberosus）是一种菊科（Compositae）向日葵属的多年生宿根性植物,具有较强的抗寒、抗旱及耐盐碱能力,但目前对于菊芋HtAQPs等耐逆相关基因的了解仍极为有限。本研究利用菊芋转录组数据,结合生物信息学进行菊芋AQPs的筛选鉴定与分析;通过q RT-PCR分析菊芋HtAQPs基因的表达模式;在此基础上选取HtPIP1-5、HtPIP1-6及HtTIP2-2等3个胁迫响应基因进行克隆,并对其编码蛋白的结构特征、亚细胞定位、转水活性及在植物耐逆机理中的功能进行分析,旨为菊芋HtAQPs基因家族的研究奠定一定的理论基础。主要研究结果如下:（1）以拟南芥（Arabidopsis thaliana）的At AQPs基因序列为参考,在菊芋转录组数据库中进行比对,共筛选鉴定出59条HtAQPs基因。依据系统进化树分析,59个菊芋HtAQPs分别隶属于PIPs（18个亚型）、TIPs（18个亚型）、NIPs（15个亚型）、SIPs（5个亚型）及XIPs（3个亚型）等5个亚族。菊芋HtAQPs的理化性质、保守结构域、特征位点分析及亚细胞定位预测结果表明,HtAQPs的结构特征和亚细胞定位呈现多样性和亚家族的特异性。（2）分析菊芋HtAQPs基因在叶、茎、根及块茎等组织的表达水平,结果表明4种组织中均可检测到HtAQPs基因的表达,约半数的HtPIPs及HtTIPs基因在4种组织中的转录水平都很高。另外,一些HtAQPs基因,如:HtPIP2-6、HtTIP1-5、HtTIP1-6、HtTIP2-2和HtTIP2-6等在茎和块茎中高水平表达,而HtTIP2-1在根及叶片中特异性表达。（3）绝大多数HtAQPs基因的表达受非生物胁迫影响。在盐胁迫下,多数HtAQPs基因的表达水平整体呈下调趋势,表达上调的基因多属于HtPIPs或HtTIPs亚型。在PEG6000模拟的干旱胁迫初期,上调与下调表达的HtAQPs基因数量大致相同,但随着胁迫时间的延长,下调表达的HtAQPs基因数量逐渐增加。在菊芋叶片中,包括HtPIP1-5、HtPIP1-6、HtPIP2-2、HtPIP2-3、HtPIP2-6及HtPIP2-7等6个PIPs亚型,HtTIP1-1、HtTIP1-2、HtTIP1-5、HtTIP1-6、HtTIP2-2、HtTIP2-5、HtTIP2-6等7个TIPs亚型及Ht NIP2-4的表达同时受Na Cl及PEG6000胁迫的诱导。这些结果表明,HtAQPs可能在胁迫应答过程中发挥着重要作用。（4）菊芋水通道蛋白HtPIP1-5及HtPIP1-6属于质膜内在蛋白,分别与向日葵Ha PIP1-4和Ha PIP1-3的亲缘关系最近。利用原生质体瞬时表达系统,验证HtPIP1-5及HtPIP1-6的亚细胞定位,结果显示二者都定位于细胞质膜及内质网。利用爪蟾卵母细胞表达系证实HtPIP1-5及HtPIP1-6具有介导水分子跨膜转运的通道活性。另外,异位表达HtPIP1-5及HtPIP1-6基因可增加酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）对盐胁迫的耐受能力。（5）菊芋HtPIP1-5或HtPIP1-6基因的异位表达可促进拟南芥的营养生长,过表达HtPIP1s基因拟南芥植株的子叶、莲座叶面积及初生根长度均优于野生型,气孔导度、胞间CO2浓度及蒸腾速率也更高。同时,过表达菊芋HtPIP1-5或HtPIP1-6基因也会提高拟南芥At AP、At FT、At LFY及At SOC1基因在莲座叶中的表达水平,并抑制At FLC基因的表达,促使拟南芥提早抽薹开花。（6）异位表达菊芋HtPIP1-5或HtPIP1-6基因可增强拟南芥对高盐及干旱逆境的耐性。生理数据显示,转HtPIP1s基因的拟南芥植株在干旱胁迫下拥有比野生型更高的萌发率及更长的初生根,其叶片的RWC也较野生型更高,而脯氨酸、H2O2、MDA的含量及IL更低;在高盐胁迫下,转HtPIP1s基因拟南芥的气孔导度、蒸腾速率、Ca2+与光合色素的含量及Fv/Fm、NPQ与Rfd等叶绿素荧光参数也显著高于野生型。（7）菊芋HtTIP2-2基因的ORF全长747 bp,其在舌状花、茎及块茎组织中的表达水平相对较高,且HtTIP2-2基因在叶及根组织中的表达受盐及干旱胁迫的诱导。菊芋HtTIP2-2与向日葵Ha TIP2-1的序列相似度高达98.79%,属于液泡膜内在蛋白亚家族。HtTIP2-2具有转水活性且主要定位于质膜及其周围的囊泡。异位表达HtTIP2-2基因增加了酿酒酵母对盐胁迫的耐受能力。（8）菊芋HtTIP2-2基因的表达可增加拟南芥根毛的数量,并赋予拟南芥更强的逆境耐受能力。生理数据显示,菊芋HtTIP2-2基因的表达可抑制由ABA诱发的气孔闭合。在盐胁迫下,转HtTIP2-2基因植株拥有较野生型更高的气孔导度与蒸腾速率,叶片中K+、Ca2+、叶绿素含量及K+/Na+也显著高于野生型。同时,转HtTIP2-2基因植株在干旱胁迫下拥有更高的RWC,而叶片中H2O2、MDA含量及IL显著低于野生型。本研究提供了菊芋AQPs家族信息,并初步揭示了HtPIP1-5、HtPIP1-6和HtTIP2-2在植物抗逆中的作用,为今后深入研究菊芋AQPs的功能及调控机制提供了理论基础。