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科技日报记者 吴长锋

记者从中国科学技术大学生命科学与医学部孙林峰教授团队研究揭示了植物生长素“搬运工”成员PIN1蛋白，以及它分别与抑制剂NPA（又名抑草生）、生长素IAA结合的三个高分辨率结构，并通过功能分析阐释了PIN1“搬运”生长素的机制。8月2日，《自然》杂志上以“快速通道”形式发表了这一成果。

向日葵永远向着太阳绽放它的“笑脸”，是因为在植物体内有一种称为生长素的物质，负责给细胞传达信息，指挥植物的生长发育。受光照影响，生长素会从向日葵茎端向光侧运输到背光侧，产生浓度差异。由此，背光侧生长会更快，而向光侧慢一些，向日葵的花盘就朝着太阳的方向转头了。生长素的运输需要细胞膜上的“搬运工”——转运蛋白的协助，其中非常重要的一员是负责将生长素从细胞内搬运到细胞外的外排蛋白PIN。

中国科大供图

生长素的一个显著特点是其细胞间传递具有方向性，被称为极性运输，而PIN家族蛋白就在其中发挥了关键作用。特定PIN家族成员在细胞质膜上具有不对称分布的特点，它们的分布位置决定了生长素“搬运”的方向。解析PIN蛋白的三维结构是生长素研究领域亟待解决的科学问题。NPA是之前在实验室广泛应用的一种生长素极性运输抑制剂，生化证据表明，NPA可以直接靶向PIN蛋白，但是究竟是如何发挥作用的一直不清楚。

研究人员利用体外纳米抗体合成技术，筛选得到了靶向PIN1蛋白的纳米抗体，并利用冷冻电镜单颗粒重构技术，成功解析了PIN1与一种纳米抗体结合的、分辨率为3.0埃的结构，首次揭示了经典PIN家族蛋白成员的三维结构。团队进一步解析了PIN1与生长素IAA、抑制剂NPA结合的复合体结构，揭示了PIN1蛋白“装载”生长素，以及NPA“鸠占鹊巢”阻制生长素“搬运”的全貌。

该研究系统阐释了PIN1“搬运”底物生长素IAA以及被NPA抑制的分子机制，同时也为设计出更高效、对环境更友好、对人类更安全的除草剂和生长调节剂提供了手段。

标签： 植物生长素