图 AUX1蛋白介导的生长素内向运输机制
在国家自然科学基金项目（批准号：32322041, 32321001, W2412029, 32471279）等资助下，中国科学技术大学生命科学与医学部孙林峰教授、刘欣副教授和谭树堂教授团队开展合作，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。相关成果以“拟南芥AUX1介导生长素内向运输的结构探究（Structural insights into auxin influx mediated by the Arabidopsis AUX1）”为题，于2025年5月15日发表在《细胞》（Cell）杂志上，论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.04.028。
作为最早被发现的植物激素，生长素广泛参与了植物整个生命周期的调控过程，如根和芽的形成、茎叶的生长、向光和向重力性反应等。有趣的是，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—即沿特定方向在细胞间流动，从而形成浓度梯度，调控植物发育和环境响应。常见的向日葵“转头”运动就是光照造成生长素在向光侧和背光侧分布不均匀产生的结果。AUX1/LAX家族介导生长素从细胞外向细胞内运输过程，在极性运输中扮演重要角色，但是其工作机制尚不清楚。
拟南芥AUX1是首个被鉴定的生长素内向运输蛋白。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体系，结合一系列生化手段，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1-NOA和CHPAA等抑制。进一步，团队利用冷冻电镜技术，解析了AUX1在三种不同状态下的结构：无底物结合状态、与底物生长素IAA结合状态，以及与小分子抑制剂CHPAA结合状态，首次揭示了AUX1/LAX家族蛋白的形貌。通过与香港中文大学（深圳）竺立哲团队合作开展分子动力学模拟，证实了关键氨基酸位点在生长素识别和质子协同转运中的重要作用。作为一种特异性生长素内向运输抑制剂，CHPAA常被用作研究生长素极性运输的工具分子。团队解析了AUX1与CHPAA结合的结构，发现其结合位置虽与IAA相近，但结合方式存在显著差异，为其抑制机理提供了结构基础。基于以上结果，团队提出了AUX1依赖质子浓度梯度，介导生长素内向运输的转运模型。该研究首次从分子层面揭示了AUX1/LAX家族介导的生长素内向运输机制，填补了生长素极性运输研究的重要空白，为农业生产应用提供了理论基础和潜在靶点。