編輯丨王多魚(yú)

排版丨水成文

生長(zhǎng)素（Auxin）是最早被發(fā)現(xiàn)的植物激素 ，其 在協(xié)調(diào)植物生長(zhǎng)發(fā)育的各個(gè)方面以及調(diào)節(jié)植物對(duì)環(huán)境信號(hào)的響應(yīng)方面發(fā)揮至關(guān)重要的作用，包括根和芽的形成、莖葉的生長(zhǎng)、向光和向重力性反應(yīng)等。

與所有已知的其他植物激素不同，生長(zhǎng)素在植物體內(nèi)是定向運(yùn)輸?shù)模?strong>極性生長(zhǎng)素運(yùn)輸（PAT），這種獨(dú)特的系統(tǒng)通過(guò)形成濃度梯度以及局部最大值或最小值，為生長(zhǎng)素的多種作用奠定了基礎(chǔ)，從而在植物體內(nèi)協(xié)調(diào)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)制。例如，常見(jiàn)的向日葵“轉(zhuǎn)頭”運(yùn)動(dòng)就是生長(zhǎng)素在向光側(cè)和背光側(cè)分布不均勻產(chǎn)生的結(jié)果。這種有方向的運(yùn)輸主要依賴三類(lèi)蛋白的協(xié)同作用：負(fù)責(zé)生長(zhǎng)素從胞內(nèi)向胞外運(yùn)輸?shù)?strong>PIN 家族和ABCB 家族，以及負(fù)責(zé)生長(zhǎng)素從胞外轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞內(nèi)的AUX1/LAX 家族。它們的轉(zhuǎn)運(yùn)方式和調(diào)控機(jī)制各異，對(duì)于生長(zhǎng)素極性運(yùn)輸和特定空間分布發(fā)揮了十分關(guān)鍵的作用。

然而，現(xiàn)有研究仍然缺乏對(duì)介導(dǎo)生長(zhǎng)素內(nèi)向運(yùn)輸?shù)?AUX1/LAX 蛋白的分子水平的認(rèn)知，這也成為了理解生長(zhǎng)素極性運(yùn)輸機(jī)制的關(guān)鍵“缺口”。

2025 年 5 月 15 日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)部孫林峰、劉欣團(tuán)隊(duì)聯(lián)合譚樹(shù)堂團(tuán)隊(duì) （楊智森、魏宏、甘雨琳、劉慧慧為論文共同第一作者 ） ，在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)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(yùn)輸領(lǐng)域取得重要突破，首次報(bào)道了植物生長(zhǎng)素內(nèi)向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 AUX1 的三維結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)闡釋了 AUX1 蛋白依賴于質(zhì)子濃度梯度向胞內(nèi)運(yùn)輸生長(zhǎng)素的分子機(jī)制。

生長(zhǎng)素在協(xié)調(diào)植物生長(zhǎng)和發(fā)育的諸多方面以及調(diào)節(jié)對(duì)環(huán)境信號(hào)的反應(yīng)方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。生長(zhǎng)素的不對(duì)稱時(shí)空分布產(chǎn)生了局部梯度模式，這種模式受細(xì)胞內(nèi)生長(zhǎng)素流入和流出的共同調(diào)節(jié)。AUX1/LAX家族轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白已被確認(rèn)為主要的生長(zhǎng)素內(nèi)向轉(zhuǎn)運(yùn)載體。

在這項(xiàng)最新研究中，研究團(tuán)隊(duì)描述了擬南芥 AUX1 介導(dǎo)的生長(zhǎng)素向胞內(nèi)運(yùn)輸?shù)奶匦浴＠美鋬鲭婄R技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)確定了其在三種狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)：未結(jié)合生長(zhǎng)素狀態(tài)、結(jié)合生長(zhǎng)素狀態(tài)以及結(jié)合小分子競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑 3-氯-4-羥基苯乙酸（CHPAA）的狀態(tài)。所有結(jié)構(gòu)都呈向內(nèi)彎曲的構(gòu)象。在生長(zhǎng)素結(jié)合的結(jié)構(gòu)中，吲哚-3-乙酸（IAA）主要通過(guò)其羧基與 AUX1 形成氫鍵而與之配位。關(guān)鍵氨基酸殘基在 IAA 結(jié)合中的功能作用通過(guò)體外和體內(nèi)分析得到了驗(yàn)證。CHPAA 與 IAA 結(jié)合于同一部位。這些發(fā)現(xiàn)推進(jìn)了我們對(duì)植物中生長(zhǎng)素運(yùn)輸?shù)睦斫狻?/p>

總的來(lái)說(shuō)，該研究首次揭示了由 AUX1/LAX 蛋白家族介導(dǎo)的植物生長(zhǎng)素內(nèi)向運(yùn)輸?shù)姆肿踊A(chǔ)，填補(bǔ)了生長(zhǎng)素極性運(yùn)輸過(guò)程的關(guān)鍵空白。結(jié)合前期對(duì)生長(zhǎng)素外向運(yùn)輸?shù)鞍?PIN1 的研究，研究團(tuán)隊(duì)從分子層面繪制了生長(zhǎng)素極性運(yùn)輸過(guò)程的圖景。

這一系列成果不僅有助于加深對(duì)植物激素運(yùn)輸機(jī)制的理解，也為未來(lái)開(kāi)發(fā)基于這些轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的小分子調(diào)控劑奠定了基礎(chǔ)，有望在農(nóng)業(yè)除草劑開(kāi)發(fā)、提升作物產(chǎn)量和環(huán)境適應(yīng)性等方面發(fā)揮應(yīng)用價(jià)值。

論文鏈接：

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