中國科學技術(shù)大學的研究團隊在植物激素研究領域取得了突破性進展。近日，由孫林峰、劉欣教授與譚樹堂教授攜手合作的研究項目，成功揭示了植物生長素內(nèi)向轉(zhuǎn)運蛋白AUX1的三維結(jié)構(gòu)，并深入解析了其依賴質(zhì)子濃度梯度進行生長素運輸?shù)姆肿訖C制。這一重要發(fā)現(xiàn)已于權(quán)威期刊《細胞》上發(fā)表。
生長素，作為首個被發(fā)現(xiàn)的植物激素，對植物生長發(fā)育的各個階段起著至關重要的作用。尤其值得注意的是，生長素在植物體內(nèi)呈現(xiàn)出極性運輸?shù)奶匦?，即生長素在細胞內(nèi)和細胞間具有特定的流動方向。例如，向日葵的“轉(zhuǎn)頭”運動正是由于生長素在向光側(cè)和背光側(cè)分布不均所導致的。AUX1/LAX家族蛋白作為生長素從細胞外到細胞內(nèi)的關鍵轉(zhuǎn)運蛋白，在生長素的極性運輸中扮演著核心角色。
盡管AUX1/LAX家族蛋白的重要性早已被認識到，但對其分子層面的理解卻相對匱乏。為了填補這一知識空白，研究團隊將目光投向了擬南芥中的AUX1蛋白，這是首個被確認的生長素內(nèi)向運輸?shù)鞍?。通過一系列精密的實驗設計，研究團隊首先構(gòu)建了一個基于放射性同位素的生長素內(nèi)向運輸檢測系統(tǒng)，并證實AUX1蛋白的生長素結(jié)合和轉(zhuǎn)運活性確實受到質(zhì)子濃度的影響，且能夠被小分子抑制劑如CHPAA所抑制。
進一步的研究中，團隊利用冷凍電鏡技術(shù)，成功解析了AUX1在無底物結(jié)合狀態(tài)、與生長素IAA結(jié)合狀態(tài)以及與CHPAA結(jié)合狀態(tài)下的高分辨率三維結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)首次揭示了AUX1/LAX家族蛋白的形態(tài)特征，為理解其功能和作用機制提供了寶貴的視覺證據(jù)。
研究團隊還深入分析了AUX1在CHPAA結(jié)合狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)，提出了AUX1依賴質(zhì)子濃度梯度介導生長素內(nèi)向運輸?shù)霓D(zhuǎn)運模型。這一模型不僅為AUX1的抑制機理提供了新見解，也為后續(xù)研究提供了重要的理論基礎。
該研究成果不僅填補了生長素極性運輸研究的關鍵空白，還結(jié)合團隊前期的一系列工作，深化了對植物激素運輸機制的理解。這一突破有望為農(nóng)業(yè)應用開辟新的道路，特別是在除草劑開發(fā)、提高作物產(chǎn)量以及增強作物環(huán)境適應性等方面展現(xiàn)出廣闊的應用前景。
