植物生长素“搬运工”现形 | 科技前线

生长素几乎参与了植物生长发育调控的每个过程，如根和芽的形成、茎叶的生长、向光和向重力性反应等。

近日，中国科学技术大学首次揭示了植物生长素内向转运蛋白AUX1的三维结构，系统阐释了该蛋白依赖于质子浓度梯度向胞内运输生长素的分子机制。

生长素在植物体内并不是“随机扩散”，而是呈现出明显的极性运输特性，即沿着特定方向在细胞间流动。常见的向日葵“转头”运动就是生长素在向光侧和背光侧分布不均匀产生的结果。

这种有方向的运输，主要依赖三类蛋白的协同作用：负责生长素从胞内向胞外运输的PIN家族和ABCB家族蛋白成员，以及负责生长素从胞外转运至细胞内的AUX1/LAX家族蛋白成员。

此前研究表明，对AUX1/LAX家族蛋白仍然缺乏分子水平的认知。为了突破理解生长素极性运输机制的这一关键“缺口”，研究团队针对首个被鉴定的生长素内向运输蛋白——拟南芥AUX1蛋白展开了研究。

研究团队搭建了基于放射性同位素的生长素内向运输检测体系，结合生化手段，证实了AUX1蛋白的生长素结合和转运活性，受质子浓度的影响，并被小分子抑制剂CHPAA等抑制。

利用冷冻电镜技术，研究团队解析了AUX1在无底物结合状态、与底物生长素IAA结合状态、与CHPAA结合三种不同状态下的高分辨率三维结构，首次揭示了AUX1/LAX家族蛋白的形貌。

▲AUX1蛋白介导的生长素内向运输机制示意图

研究团队进一步解析了AUX1在CHPAA结合状态下的结构，为其抑制机理研究提供了见解，并提出了AUX1依赖于质子浓度梯度来介导生长素内向运输的转运模型。

研究揭示了由AUX1/LAX家族蛋白介导的植物生长素内向运输的分子基础，填补了生长素极性运输过程的关键空白。

结合前期对生长素外向运输蛋白PIN1的研究，研究团队从分子层面绘制了生长素极性运输过程的图景。

这一系列成果不仅有助于加深对植物激素运输机制的理解，也为未来开发基于这些转运蛋白的小分子调控剂奠定了基础，有望在农业除草剂开发、提升作物产量和环境适应性等方面发挥应用价值。