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(bei)發現(xian)的(de)(de)(de)植(zhi)物激素(su)(su)(su)，生(sheng)(sheng)長素(su)(su)(su)幾乎參與了植(zhi)物整個生(sheng)(sheng)命周期的(de)(de)(de)各個過程，如根和芽的(de)(de)(de)形成、莖葉的(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)長、向(xiang)(xiang)光和向(xiang)(xiang)重力性(xing)(xing)反應等(deng)。生(sheng)(sheng)長素(su)(su)(su)在植(zhi)物體(ti)內(nei)(nei)并不是(shi)“隨機擴散”，而(er)是(shi)呈現(xian)出明顯的(de)(de)(de)極(ji)性(xing)(xing)運(yun)輸特性(xing)(xing)——也(ye)就是(shi)說，它會(hui)沿著(zhu)特定(ding)(ding)方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)在細(xi)胞(bao)(bao)間(jian)流動，從(cong)而(er)形成濃度(du)梯度(du)，調(diao)控植(zhi)物發育和環境響(xiang)應。日常常見的(de)(de)(de)向(xiang)(xiang)日葵(kui)“轉(zhuan)頭”運(yun)動就是(shi)生(sheng)(sheng)長素(su)(su)(su)在向(xiang)(xiang)光側和背光側分布(bu)不均勻(yun)產生(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)結果。這種有(you)方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)運(yun)輸主要依賴三類(lei)蛋(dan)白的(de)(de)(de)協同作(zuo)用(yong)：負(fu)責生(sheng)(sheng)長素(su)(su)(su)從(cong)胞(bao)(bao)內(nei)(nei)向(xiang)(xiang)胞(bao)(bao)外運(yun)輸的(de)(de)(de)PIN家(jia)族(zu)和ABCB家(jia)族(zu)蛋(dan)白成員(yuan)，以及負(fu)責生(sheng)(sheng)長素(su)(su)(su)從(cong)胞(bao)(bao)外轉(zhuan)運(yun)至細(xi)胞(bao)(bao)內(nei)(nei)的(de)(de)(de)AUX1/LAX家(jia)族(zu)成員(yuan)。它們的(de)(de)(de)轉(zhuan)運(yun)方(fang)(fang)式和調(diao)控機制各異，對于生(sheng)(sheng)長素(su)(su)(su)極(ji)性(xing)(xing)運(yun)輸和特定(ding)(ding)空間(jian)分布(bu)發揮了十分關鍵的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)。目前(qian)，現(xian)有(you)研(yan)究(jiu)仍然缺乏(fa)對介(jie)導(dao)生(sheng)(sheng)長素(su)(su)(su)內(nei)(nei)向(xiang)(xiang)運(yun)輸的(de)(de)(de)AUX1/LAX蛋(dan)白分子水平(ping)的(de)(de)(de)認知，成為理解生(sheng)(sheng)長素(su)(su)(su)極(ji)性(xing)(xing)運(yun)輸機制的(de)(de)(de)關鍵“缺口(kou)”。
擬南芥AUX1是首個被(bei)(bei)鑒定的(de)(de)(de)生長(chang)素(su)內(nei)向(xiang)運(yun)輸(shu)(shu)蛋白，其功能缺陷導致生長(chang)素(su)極(ji)性(xing)運(yun)輸(shu)(shu)受(shou)阻(zu)，產生根的(de)(de)(de)向(xiang)重力(li)性(xing)喪(sang)失、主根伸(shen)長(chang)抑(yi)制(zhi)、下胚軸向(xiang)光性(xing)受(shou)損，以及葉序排(pai)列(lie)異常等(deng)(deng)表型(xing)。孫(sun)林峰、劉欣團隊與譚(tan)樹(shu)堂團隊展開(kai)合(he)(he)作，針(zhen)對擬南芥AUX1進行了研究。首先，研究團隊搭建了基于(yu)放射性(xing)同位素(su)的(de)(de)(de)生長(chang)素(su)內(nei)向(xiang)運(yun)輸(shu)(shu)檢測(ce)體系(xi)，結合(he)(he)生化手段(duan)，證實了AUX1蛋白的(de)(de)(de)生長(chang)素(su)結合(he)(he)和(he)轉運(yun)活性(xing)受(shou)到質子(zi)濃度的(de)(de)(de)影響(xiang)，并被(bei)(bei)此前報道的(de)(de)(de)小分子(zi)抑(yi)制(zhi)劑CHPAA（3-chloro-4-hydroxyphenylacetic acid）等(deng)(deng)抑(yi)制(zhi)。
進一步(bu)，研究團(tuan)(tuan)隊(dui)利用(yong)冷凍電鏡技術，解析(xi)了AUX1在(zai)無底(di)(di)(di)(di)物結(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)狀(zhuang)態、與(yu)(yu)底(di)(di)(di)(di)物生(sheng)(sheng)長素(su)IAA結(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)狀(zhuang)態，以(yi)及與(yu)(yu)小分子(zi)抑(yi)制劑CHPAA結(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)的(de)(de)(de)三種(zhong)不同狀(zhuang)態下(xia)的(de)(de)(de)高(gao)分辨率三維結(jie)(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)，首次揭示了AUX1/LAX家(jia)族蛋(dan)白(bai)的(de)(de)(de)形貌(mao)。通(tong)過(guo)分析(xi)生(sheng)(sheng)長素(su)結(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)狀(zhuang)態的(de)(de)(de)結(jie)(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)，研究團(tuan)(tuan)隊(dui)鑒定(ding)了參(can)與(yu)(yu)生(sheng)(sheng)長素(su)結(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)的(de)(de)(de)關鍵(jian)氨(an)基(ji)酸(suan)殘基(ji)，并通(tong)過(guo)生(sheng)(sheng)化(hua)和植(zhi)物生(sheng)(sheng)理學分析(xi)驗證了這(zhe)些位點(dian)的(de)(de)(de)重要性(xing)。特別的(de)(de)(de)是，通(tong)過(guo)比較(jiao)無底(di)(di)(di)(di)物結(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)和底(di)(di)(di)(di)物結(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)不同狀(zhuang)態下(xia)的(de)(de)(de)結(jie)(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)，研究團(tuan)(tuan)隊(dui)發(fa)現蛋(dan)白(bai)參(can)與(yu)(yu)底(di)(di)(di)(di)物結(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)的(de)(de)(de)跨膜螺旋(xuan)產生(sheng)(sheng)了較(jiao)大的(de)(de)(de)構(gou)(gou)象變化(hua)，尤(you)其(qi)是第249位的(de)(de)(de)組氨(an)酸(suan)殘基(ji)H249，側(ce)鏈(lian)存在(zai)較(jiao)大偏轉，暗示其(qi)在(zai)底(di)(di)(di)(di)物識別過(guo)程(cheng)中發(fa)揮作(zuo)用(yong)。進一步(bu)，研究團(tuan)(tuan)隊(dui)與(yu)(yu)香港(gang)中文大學（深(shen)圳）竺立哲團(tuan)(tuan)隊(dui)合(he)作(zuo)，開(kai)展了分子(zi)動力學模(mo)擬實驗，驗證了H249在(zai)生(sheng)(sheng)長素(su)識別和質子(zi)耦合(he)過(guo)程(cheng)中的(de)(de)(de)重要角(jiao)色。CHPAA是一種(zhong)之前報道的(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)長素(su)內向運(yun)輸特異性(xing)抑(yi)制劑，常被作(zuo)為工具用(yong)來研究生(sheng)(sheng)長素(su)極性(xing)運(yun)輸過(guo)程(cheng)。通(tong)過(guo)解析(xi)AUX1在(zai)CHPAA結(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)狀(zhuang)態下(xia)的(de)(de)(de)結(jie)(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)，從而為其(qi)抑(yi)制機理提(ti)供了見解。基(ji)于以(yi)上結(jie)(jie)(jie)(jie)果(guo)，研究團(tuan)(tuan)隊(dui)提(ti)出(chu)了AUX1依賴(lai)于質子(zi)濃度(du)梯度(du)，介導生(sheng)(sheng)長素(su)內向運(yun)輸的(de)(de)(de)轉運(yun)模(mo)型。
圖1.AUX1蛋白(bai)介導(dao)的生長(chang)素內向運輸機制。
該研(yan)(yan)究(jiu)首次揭示了(le)由AUX1/LAX蛋白(bai)家族(zu)介導的(de)(de)植(zhi)物生(sheng)長素(su)內向運(yun)(yun)(yun)(yun)輸(shu)(shu)(shu)的(de)(de)分子基礎(chu)，填補了(le)生(sheng)長素(su)極性(xing)運(yun)(yun)(yun)(yun)輸(shu)(shu)(shu)過程的(de)(de)關鍵空白(bai)。結合前期對(dui)生(sheng)長素(su)外向運(yun)(yun)(yun)(yun)輸(shu)(shu)(shu)蛋白(bai)PIN1的(de)(de)研(yan)(yan)究(jiu)，孫林峰、劉欣團隊(dui)從分子層面繪制了(le)生(sheng)長素(su)極性(xing)運(yun)(yun)(yun)(yun)輸(shu)(shu)(shu)過程的(de)(de)圖景。這一(yi)系列成果不僅有(you)助于(yu)(yu)加深對(dui)植(zhi)物激素(su)運(yun)(yun)(yun)(yun)輸(shu)(shu)(shu)機制的(de)(de)理(li)解，也為未來開(kai)發(fa)基于(yu)(yu)這些轉運(yun)(yun)(yun)(yun)蛋白(bai)的(de)(de)小分子調控(kong)劑奠定了(le)基礎(chu)，有(you)望在農業(ye)除草劑開(kai)發(fa)、提升(sheng)作(zuo)物產量和環(huan)境適(shi)應性(xing)等方(fang)面發(fa)揮應用價值。
188bet足球生命科(ke)(ke)(ke)學(xue)(xue)與(yu)醫學(xue)(xue)部(bu)博士(shi)后楊智(zhi)森、博士(shi)研(yan)(yan)(yan)究(jiu)生魏宏、博士(shi)研(yan)(yan)(yan)究(jiu)生甘雨(yu)琳，以(yi)及香港中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)文大學(xue)(xue)（深(shen)圳）博士(shi)后劉慧慧為該論文的(de)并列共同(tong)第一(yi)(yi)作者；188bet足球生命科(ke)(ke)(ke)學(xue)(xue)與(yu)醫學(xue)(xue)部(bu)孫林峰教(jiao)(jiao)授(shou)、劉欣(xin)副教(jiao)(jiao)授(shou)和譚樹堂教(jiao)(jiao)授(shou)為該論文的(de)共同(tong)通訊作者。188bet足球冷凍(dong)電(dian)(dian)鏡中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)心高(gao)永(yong)翔博士(shi)為冷凍(dong)電(dian)(dian)鏡數據采集提(ti)供(gong)了支持(chi)和幫助，香港中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)文大學(xue)(xue)（深(shen)圳）醫學(xue)(xue)院(yuan)、瓦(wa)謝爾計算生物研(yan)(yan)(yan)究(jiu)院(yuan)竺立哲(zhe)教(jiao)(jiao)授(shou)對分(fen)子動力學(xue)(xue)模擬工作提(ti)供(gong)了重要指(zhi)導。該研(yan)(yan)(yan)究(jiu)獲得了國(guo)家(jia)自然(ran)科(ke)(ke)(ke)學(xue)(xue)基(ji)(ji)金(jin)、教(jiao)(jiao)育部(bu)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)央(yang)高(gao)校青年教(jiao)(jiao)師科(ke)(ke)(ke)研(yan)(yan)(yan)創新能力支持(chi)項(xiang)目(mu)、安徽省自然(ran)科(ke)(ke)(ke)學(xue)(xue)基(ji)(ji)金(jin)、合(he)(he)肥(fei)綜(zong)合(he)(he)性國(guo)家(jia)科(ke)(ke)(ke)學(xue)(xue)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)心大健康研(yan)(yan)(yan)究(jiu)院(yuan)前沿交叉科(ke)(ke)(ke)學(xue)(xue)與(yu)生物醫學(xue)(xue)研(yan)(yan)(yan)究(jiu)所、中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)科(ke)(ke)(ke)學(xue)(xue)院(yuan)戰略性先導B類專項(xiang)、中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)央(yang)高(gao)校基(ji)(ji)本(ben)科(ke)(ke)(ke)研(yan)(yan)(yan)業務費(fei)、188bet足球“雙一(yi)(yi)流”科(ke)(ke)(ke)研(yan)(yan)(yan)基(ji)(ji)金(jin)、深(shen)圳市(shi)科(ke)(ke)(ke)學(xue)(xue)技術創新委員會科(ke)(ke)(ke)研(yan)(yan)(yan)項(xiang)目(mu)以(yi)及中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)博士(shi)后科(ke)(ke)(ke)學(xue)(xue)基(ji)(ji)金(jin)等(deng)項(xiang)目(mu)的(de)支持(chi)。
論(lun)文(wen)鏈接(jie)：//doi.org/10.1016/j.cell.2025.04.028
（生命科學與醫(yi)學部、科研部）
