編輯丨王多魚

排版丨水成文

生長素（Auxin）是最早被發(fā)現(xiàn)的植物激素 ，其 在協(xié)調植物生長發(fā)育的各個方面以及調節(jié)植物對環(huán)境信號的響應方面發(fā)揮至關重要的作用，包括根和芽的形成、莖葉的生長、向光和向重力性反應等。

與所有已知的其他植物激素不同，生長素在植物體內是定向運輸?shù)模?strong>極性生長素運輸（PAT），這種獨特的系統(tǒng)通過形成濃度梯度以及局部最大值或最小值，為生長素的多種作用奠定了基礎，從而在植物體內協(xié)調復雜的動態(tài)調節(jié)機制。例如，常見的向日葵“轉頭”運動就是生長素在向光側和背光側分布不均勻產(chǎn)生的結果。這種有方向的運輸主要依賴三類蛋白的協(xié)同作用：負責生長素從胞內向胞外運輸?shù)?strong>PIN 家族和ABCB 家族，以及負責生長素從胞外轉運至細胞內的AUX1/LAX 家族。它們的轉運方式和調控機制各異，對于生長素極性運輸和特定空間分布發(fā)揮了十分關鍵的作用。

然而，現(xiàn)有研究仍然缺乏對介導生長素內向運輸?shù)?AUX1/LAX 蛋白的分子水平的認知，這也成為了理解生長素極性運輸機制的關鍵“缺口”。

2025 年 5 月 15 日，中國科學技術大學生命科學與醫(yī)學部孫林峰、劉欣團隊聯(lián)合譚樹堂團隊 （楊智森、魏宏、甘雨琳、劉慧慧為論文共同第一作者 ） ，在國際頂尖學術期刊Cell上發(fā)表了題為： Structural insights into auxin influx mediated by the

Arabidopsis

該研究在植物激素運輸領域取得重要突破，首次報道了植物生長素內向轉運蛋白 AUX1 的三維結構，系統(tǒng)闡釋了 AUX1 蛋白依賴于質子濃度梯度向胞內運輸生長素的分子機制。

生長素在協(xié)調植物生長和發(fā)育的諸多方面以及調節(jié)對環(huán)境信號的反應方面發(fā)揮著至關重要的作用。生長素的不對稱時空分布產(chǎn)生了局部梯度模式，這種模式受細胞內生長素流入和流出的共同調節(jié)。AUX1/LAX家族轉運蛋白已被確認為主要的生長素內向轉運載體。

在這項最新研究中，研究團隊描述了擬南芥 AUX1 介導的生長素向胞內運輸?shù)奶匦浴＠美鋬鲭婄R技術，研究團隊確定了其在三種狀態(tài)下的結構：未結合生長素狀態(tài)、結合生長素狀態(tài)以及結合小分子競爭性抑制劑 3-氯-4-羥基苯乙酸（CHPAA）的狀態(tài)。所有結構都呈向內彎曲的構象。在生長素結合的結構中，吲哚-3-乙酸（IAA）主要通過其羧基與 AUX1 形成氫鍵而與之配位。關鍵氨基酸殘基在 IAA 結合中的功能作用通過體外和體內分析得到了驗證。CHPAA 與 IAA 結合于同一部位。這些發(fā)現(xiàn)推進了我們對植物中生長素運輸?shù)睦斫狻?/p>

總的來說，該研究首次揭示了由 AUX1/LAX 蛋白家族介導的植物生長素內向運輸?shù)姆肿踊A，填補了生長素極性運輸過程的關鍵空白。結合前期對生長素外向運輸?shù)鞍?PIN1 的研究，研究團隊從分子層面繪制了生長素極性運輸過程的圖景。

這一系列成果不僅有助于加深對植物激素運輸機制的理解，也為未來開發(fā)基于這些轉運蛋白的小分子調控劑奠定了基礎，有望在農(nóng)業(yè)除草劑開發(fā)、提升作物產(chǎn)量和環(huán)境適應性等方面發(fā)揮應用價值。

論文鏈接：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00463-5