中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在植物激素研究領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)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(xiàng)目，成功揭示了植物生長素內(nèi)向轉(zhuǎn)運(yùn)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(jìn)行生長素運(yùn)輸?shù)姆肿訖C(jī)制。這一重要發(fā)現(xiàn)已于權(quán)威期刊《細(xì)胞》上發(fā)表。

生長素，作為首個(gè)被發(fā)現(xiàn)的植物激素，對(duì)植物生長發(fā)育的各個(gè)階段起著至關(guān)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(yùn)輸?shù)奶匦?，即生長素在細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞間具有特定的流動(dòng)方向。例如，向日葵的“轉(zhuǎn)頭”運(yùn)動(dòng)正是由于生長素在向光側(cè)和背光側(cè)分布不均所導(dǎo)致的。AUX1/LAX家族蛋白作為生長素從細(xì)胞外到細(xì)胞內(nèi)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，在生長素的極性運(yùn)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(rèn)識(shí)到，但對(duì)其分子層面的理解卻相對(duì)匱乏。為了填補(bǔ)這一知識(shí)空白，研究團(tuán)隊(duì)將目光投向了擬南芥中的AUX1蛋白，這是首個(gè)被確認(rèn)的生長素內(nèi)向運(yùn)輸?shù)鞍?。通過一系列精密的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，研究團(tuán)隊(duì)首先構(gòu)建了一個(gè)基于放射性同位素的生長素內(nèi)向運(yùn)輸檢測(cè)系統(tǒng)，并證實(shí)AUX1蛋白的生長素結(jié)合和轉(zhuǎn)運(yùn)活性確實(shí)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(jìn)一步的研究中，團(tuán)隊(duì)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(jī)制提供了寶貴的視覺證據(jù)。

研究團(tuán)隊(duì)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(dǎo)生長素內(nèi)向運(yùn)輸?shù)霓D(zhuǎn)運(yùn)模型。這一模型不僅為AUX1的抑制機(jī)理提供了新見解，也為后續(xù)研究提供了重要的理論基礎(chǔ)。

該研究成果不僅填補(bǔ)了生長素極性運(yùn)輸研究的關(guān)鍵空白，還結(jié)合團(tuán)隊(duì)前期的一系列工作，深化了對(duì)植物激素運(yùn)輸機(jī)制的理解。這一突破有望為農(nóng)業(yè)應(yīng)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(qiáng)作物環(huán)境適應(yīng)性等方面展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。