188bet足球生命科學與醫學部孫林峰、劉欣團隊聯合譚樹堂團隊合作在植物激素運輸領域取得重要研究突破，首次報道了植物生長素內向轉運蛋白AUX1的三維結構，系統闡釋了該蛋白依賴于質子濃度梯度向胞內運輸生長素的分子機制。相關研究成果以“Structural insights into auxin influx mediated by the Arabidopsis AUX1”為題于5月15日發表在國際學術期刊《細胞》（Cell）上。

作(zuo)為最早被發(fa)現的(de)(de)(de)(de)(de)植物激素(su)(su)，生長(chang)(chang)素(su)(su)幾(ji)乎參(can)與了植物整個(ge)生命周期的(de)(de)(de)(de)(de)各個(ge)過(guo)程，如(ru)根(gen)和芽的(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)成(cheng)、莖葉(xie)的(de)(de)(de)(de)(de)生長(chang)(chang)、向(xiang)光和向(xiang)重力性反應等。生長(chang)(chang)素(su)(su)在植物體(ti)內(nei)(nei)(nei)并(bing)不是“隨機(ji)擴散(san)”，而是呈現出明顯的(de)(de)(de)(de)(de)極(ji)(ji)性運(yun)輸(shu)(shu)特(te)性——也(ye)就是說，它會(hui)沿著特(te)定(ding)(ding)方向(xiang)在細胞(bao)間流動，從而形(xing)成(cheng)濃度梯度，調控(kong)植物發(fa)育(yu)和環境(jing)響(xiang)應。日(ri)常(chang)常(chang)見的(de)(de)(de)(de)(de)向(xiang)日(ri)葵“轉頭”運(yun)動就是生長(chang)(chang)素(su)(su)在向(xiang)光側(ce)和背光側(ce)分(fen)(fen)布(bu)(bu)不均勻(yun)產生的(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)果。這種(zhong)有方向(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)運(yun)輸(shu)(shu)主要依(yi)賴(lai)三類蛋白的(de)(de)(de)(de)(de)協(xie)同作(zuo)用：負(fu)責生長(chang)(chang)素(su)(su)從胞(bao)內(nei)(nei)(nei)向(xiang)胞(bao)外運(yun)輸(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)PIN家族(zu)和ABCB家族(zu)蛋白成(cheng)員，以及(ji)負(fu)責生長(chang)(chang)素(su)(su)從胞(bao)外轉運(yun)至細胞(bao)內(nei)(nei)(nei)的(de)(de)(de)(de)(de)AUX1/LAX家族(zu)成(cheng)員。它們的(de)(de)(de)(de)(de)轉運(yun)方式和調控(kong)機(ji)制各異，對(dui)于生長(chang)(chang)素(su)(su)極(ji)(ji)性運(yun)輸(shu)(shu)和特(te)定(ding)(ding)空間分(fen)(fen)布(bu)(bu)發(fa)揮(hui)了十分(fen)(fen)關鍵的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用。目前，現有研究仍然缺乏對(dui)介導生長(chang)(chang)素(su)(su)內(nei)(nei)(nei)向(xiang)運(yun)輸(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)AUX1/LAX蛋白分(fen)(fen)子水平的(de)(de)(de)(de)(de)認知(zhi)，成(cheng)為理解生長(chang)(chang)素(su)(su)極(ji)(ji)性運(yun)輸(shu)(shu)機(ji)制的(de)(de)(de)(de)(de)關鍵“缺口”。

擬(ni)南芥AUX1是(shi)首個被鑒(jian)定的(de)(de)生(sheng)(sheng)長(chang)素內向(xiang)運輸蛋(dan)白(bai)，其功能缺(que)陷導致生(sheng)(sheng)長(chang)素極性運輸受(shou)阻，產生(sheng)(sheng)根的(de)(de)向(xiang)重力性喪失、主根伸長(chang)抑(yi)制(zhi)、下胚軸(zhou)向(xiang)光性受(shou)損(sun)，以及葉序排列異常等(deng)表(biao)型(xing)。孫林(lin)峰、劉欣團隊與譚樹堂團隊展(zhan)開(kai)合(he)作，針(zhen)對(dui)擬(ni)南芥AUX1進行(xing)了(le)研究(jiu)。首先，研究(jiu)團隊搭建了(le)基于放射(she)性同位素的(de)(de)生(sheng)(sheng)長(chang)素內向(xiang)運輸檢測(ce)體系，結(jie)合(he)生(sheng)(sheng)化手段(duan)，證(zheng)實了(le)AUX1蛋(dan)白(bai)的(de)(de)生(sheng)(sheng)長(chang)素結(jie)合(he)和轉運活(huo)性受(shou)到質子濃度的(de)(de)影(ying)響，并被此(ci)前報道的(de)(de)小分子抑(yi)制(zhi)劑(ji)CHPAA（3-chloro-4-hydroxyphenylacetic acid）等(deng)抑(yi)制(zhi)。

進一(yi)步，研(yan)(yan)(yan)究(jiu)團隊(dui)(dui)(dui)利用冷凍電(dian)鏡技術，解(jie)析了(le)(le)AUX1在(zai)無底(di)物結(jie)(jie)合(he)(he)(he)狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)態、與(yu)底(di)物生(sheng)長(chang)素(su)IAA結(jie)(jie)合(he)(he)(he)狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)態，以(yi)及與(yu)小(xiao)分子(zi)抑制(zhi)劑CHPAA結(jie)(jie)合(he)(he)(he)的(de)(de)三(san)(san)種(zhong)不(bu)同狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)態下的(de)(de)高分辨率(lv)三(san)(san)維(wei)結(jie)(jie)構(gou)，首次揭示(shi)了(le)(le)AUX1/LAX家族蛋(dan)白(bai)的(de)(de)形貌。通(tong)(tong)過(guo)(guo)(guo)分析生(sheng)長(chang)素(su)結(jie)(jie)合(he)(he)(he)狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)態的(de)(de)結(jie)(jie)構(gou)，研(yan)(yan)(yan)究(jiu)團隊(dui)(dui)(dui)鑒(jian)定了(le)(le)參(can)(can)與(yu)生(sheng)長(chang)素(su)結(jie)(jie)合(he)(he)(he)的(de)(de)關鍵氨(an)(an)基(ji)(ji)酸殘基(ji)(ji)，并通(tong)(tong)過(guo)(guo)(guo)生(sheng)化和植物生(sheng)理學分析驗(yan)(yan)證(zheng)了(le)(le)這(zhe)些位點的(de)(de)重要性。特別的(de)(de)是(shi)，通(tong)(tong)過(guo)(guo)(guo)比(bi)較(jiao)無底(di)物結(jie)(jie)合(he)(he)(he)和底(di)物結(jie)(jie)合(he)(he)(he)不(bu)同狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)態下的(de)(de)結(jie)(jie)構(gou)，研(yan)(yan)(yan)究(jiu)團隊(dui)(dui)(dui)發現蛋(dan)白(bai)參(can)(can)與(yu)底(di)物結(jie)(jie)合(he)(he)(he)的(de)(de)跨膜螺(luo)旋(xuan)產(chan)生(sheng)了(le)(le)較(jiao)大的(de)(de)構(gou)象變化，尤其是(shi)第249位的(de)(de)組氨(an)(an)酸殘基(ji)(ji)H249，側鏈存在(zai)較(jiao)大偏(pian)轉，暗示(shi)其在(zai)底(di)物識(shi)別過(guo)(guo)(guo)程中(zhong)(zhong)(zhong)發揮(hui)作(zuo)(zuo)用。進一(yi)步，研(yan)(yan)(yan)究(jiu)團隊(dui)(dui)(dui)與(yu)香港(gang)中(zhong)(zhong)(zhong)文(wen)大學（深圳(zhen)）竺(zhu)立(li)哲團隊(dui)(dui)(dui)合(he)(he)(he)作(zuo)(zuo)，開展了(le)(le)分子(zi)動力學模擬實驗(yan)(yan)，驗(yan)(yan)證(zheng)了(le)(le)H249在(zai)生(sheng)長(chang)素(su)識(shi)別和質(zhi)子(zi)耦合(he)(he)(he)過(guo)(guo)(guo)程中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)重要角色。CHPAA是(shi)一(yi)種(zhong)之前報(bao)道的(de)(de)生(sheng)長(chang)素(su)內向運(yun)輸特異性抑制(zhi)劑，常(chang)被(bei)作(zuo)(zuo)為工具用來研(yan)(yan)(yan)究(jiu)生(sheng)長(chang)素(su)極性運(yun)輸過(guo)(guo)(guo)程。通(tong)(tong)過(guo)(guo)(guo)解(jie)析AUX1在(zai)CHPAA結(jie)(jie)合(he)(he)(he)狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)態下的(de)(de)結(jie)(jie)構(gou)，從而(er)為其抑制(zhi)機理提供(gong)了(le)(le)見解(jie)。基(ji)(ji)于(yu)以(yi)上結(jie)(jie)果(guo)，研(yan)(yan)(yan)究(jiu)團隊(dui)(dui)(dui)提出了(le)(le)AUX1依賴(lai)于(yu)質(zhi)子(zi)濃度(du)梯度(du)，介(jie)導生(sheng)長(chang)素(su)內向運(yun)輸的(de)(de)轉運(yun)模型。

圖1.AUX1蛋白介(jie)導的生長(chang)素內(nei)向運輸機(ji)制。

該研(yan)究首次揭示了(le)由AUX1/LAX蛋白家族介導的(de)植物生長素(su)內向運(yun)(yun)輸的(de)分(fen)(fen)子(zi)基礎，填補了(le)生長素(su)極性(xing)運(yun)(yun)輸過(guo)程的(de)關(guan)鍵(jian)空白。結(jie)合前期(qi)對(dui)生長素(su)外向運(yun)(yun)輸蛋白PIN1的(de)研(yan)究，孫林(lin)峰、劉(liu)欣團隊(dui)從分(fen)(fen)子(zi)層面(mian)繪制了(le)生長素(su)極性(xing)運(yun)(yun)輸過(guo)程的(de)圖景。這一系列(lie)成果不僅有(you)(you)助于加深(shen)對(dui)植物激素(su)運(yun)(yun)輸機制的(de)理解，也為未來開發(fa)基于這些轉(zhuan)運(yun)(yun)蛋白的(de)小(xiao)分(fen)(fen)子(zi)調控劑奠定了(le)基礎，有(you)(you)望在農業除草(cao)劑開發(fa)、提升作物產(chan)量和(he)環境(jing)適應性(xing)等(deng)方(fang)面(mian)發(fa)揮應用價值。

188bet足球生(sheng)命科(ke)(ke)(ke)(ke)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)與(yu)醫(yi)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)部(bu)(bu)博士后楊智(zhi)森、博士研(yan)(yan)究(jiu)生(sheng)魏宏、博士研(yan)(yan)究(jiu)生(sheng)甘雨(yu)琳，以(yi)及香港(gang)中(zhong)(zhong)(zhong)文(wen)大學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)（深圳(zhen)）博士后劉慧慧為該(gai)論文(wen)的并列(lie)共(gong)同(tong)第一作(zuo)者；188bet足球生(sheng)命科(ke)(ke)(ke)(ke)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)與(yu)醫(yi)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)部(bu)(bu)孫林(lin)峰(feng)教授(shou)、劉欣(xin)副教授(shou)和譚樹堂教授(shou)為該(gai)論文(wen)的共(gong)同(tong)通訊(xun)作(zuo)者。188bet足球冷凍(dong)電鏡(jing)中(zhong)(zhong)(zhong)心高永翔博士為冷凍(dong)電鏡(jing)數據采集提供(gong)了(le)(le)支(zhi)持和幫助(zhu)，香港(gang)中(zhong)(zhong)(zhong)文(wen)大學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)（深圳(zhen)）醫(yi)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)院(yuan)、瓦謝爾計算生(sheng)物(wu)研(yan)(yan)究(jiu)院(yuan)竺立(li)哲(zhe)教授(shou)對分子動力學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)模擬工作(zuo)提供(gong)了(le)(le)重要(yao)指導(dao)。該(gai)研(yan)(yan)究(jiu)獲得(de)了(le)(le)國(guo)家自然(ran)科(ke)(ke)(ke)(ke)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)基金(jin)(jin)、教育部(bu)(bu)中(zhong)(zhong)(zhong)央(yang)高校青年教師科(ke)(ke)(ke)(ke)研(yan)(yan)創(chuang)新(xin)能力支(zhi)持項(xiang)目、安徽省自然(ran)科(ke)(ke)(ke)(ke)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)基金(jin)(jin)、合肥綜合性(xing)國(guo)家科(ke)(ke)(ke)(ke)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)中(zhong)(zhong)(zhong)心大健康研(yan)(yan)究(jiu)院(yuan)前沿交叉科(ke)(ke)(ke)(ke)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)與(yu)生(sheng)物(wu)醫(yi)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)研(yan)(yan)究(jiu)所、中(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)科(ke)(ke)(ke)(ke)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)院(yuan)戰(zhan)略性(xing)先導(dao)B類(lei)專項(xiang)、中(zhong)(zhong)(zhong)央(yang)高校基本科(ke)(ke)(ke)(ke)研(yan)(yan)業務(wu)費(fei)、188bet足球“雙一流”科(ke)(ke)(ke)(ke)研(yan)(yan)基金(jin)(jin)、深圳(zhen)市科(ke)(ke)(ke)(ke)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)技術(shu)創(chuang)新(xin)委員會科(ke)(ke)(ke)(ke)研(yan)(yan)項(xiang)目以(yi)及中(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)博士后科(ke)(ke)(ke)(ke)學(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)基金(jin)(jin)等項(xiang)目的支(zhi)持。

論文鏈接(jie)：//doi.org/10.1016/j.cell.2025.04.028