中国科大团队解析植物生长素转运机制

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中国科学技术大学孙林峰、刘欣团队与谭树堂团队合作，在植物激素运输研究领域取得重要突破，首次解析了植物生长素内向转运蛋白 AUX1 的三维结构，并揭示其依赖质子浓度梯度将生长素转运至细胞内部的分子机制。相关成果于北京时间 5 月 15 日发表在细胞（Cell）期刊。
生长素是最早被发现的植物激素，几乎参与调控植物生长发育的各个环节。其中，生长素的极性运输特性尤为突出，表现为在植物体内沿着特定方向在细胞之间流动。例如，向日葵的向光性运动，正是由于生长素在光照侧和背光侧分布不均所导致。AUX1 / LAX 家族蛋白作为负责将生长素由胞外转入胞内的关键转运蛋白，在这一过程中扮演着重要角色。
然而，此前对于 AUX1 / LAX 家族蛋白在分子水平上的认知仍较为有限。为了突破这一瓶颈，研究团队选取拟南芥中的 AUX1 蛋白作为研究对象，它是首个被鉴定的生长素内向转运蛋白。
研究团队建立了基于放射性同位素的生长素内向运输检测系统，并通过生化实验验证 AUX1 蛋白的生长素结合与转运活性受质子浓度影响，同时可被小分子抑制剂 CHPAA 所抑制。在此基础上，团队利用冷冻电镜技术解析了 AUX1 在无底物结合状态、与生长素 IAA 结合状态以及与 CHPAA 结合状态下的高分辨率三维结构，
首次揭示了 AUX1 / LAX 家族蛋白的整体构象特征。
此外，研究还解析了 AUX1 与 CHPAA 结合时的结构，为理解其抑制机制提供了结构基础，并提出了 AUX1 依赖质子浓度梯度实现生长素内向运输的转运模型。
该研究填补了生长素极性运输机制研究中的关键空白。结合研究团队此前的一系列研究成果，不仅加深了对植物激素运输机制的认识，也为未来农业应用提供了理论支持，有望在除草剂开发、提升作物产量及增强环境适应能力等方面带来实际应用价值。
本论文的第一作者包括中国科学技术大学的杨智森、魏宏、甘雨琳，以及香港中文大学（深圳）的刘慧慧；共同通讯作者为孙林峰、刘欣和谭树堂。