中国科大团队揭示植物生长素内向运输机制，填补关键空白

本站 5 月 15 日消息，中国科学技术大学孙林峰、刘欣团队与谭树堂团队合作，在植物激素运输领域取得重要研究进展，首次报道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。相关成果于北京时间 5 月 15 日发表在《细胞》（Cell）上。

生长素是第一个被发现的植物激素，几乎参与了植物生长发育调控的每个过程。尤其引人关注的是，生长素在植物体内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。日常常见的向日葵“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。而 AUX1 / LAX 家族蛋白作为将生长素从细胞外转运至细胞内的“搬运工”，在极性运输中发挥着关键作用。

目前，现有研究对 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 展开了研究。

研究团队首先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到质子浓度的影响，并被小分子抑制剂 CHPAA 等抑制。进一步，研究团队利用冷冻电镜技术解析了 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。

同时，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。

AUX1 蛋白介导的生长素内向运输机制示意图

本研究填补了生长素极性运输研究的关键空白，结合研究团队前期的一系列成果，不仅有助于加深对植物激素运输机制的理解，也为未来农业应用奠定了基础，有望在除草剂开发、提升作物产量和环境适应性等方面发挥应用价值。

中国科学技术大学杨智森、魏宏、甘雨琳，香港中文大学（深圳）刘慧慧为论文共同第一作者，中国科学技术大学孙林峰教授、刘欣副教授、谭树堂教授为论文共同通讯作者。

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https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.04.028