植物激素的秘密通道：研究人员阐明生长素流入的分子机制

生长素是有史以来发现的第一种植物激素，或“植物激素”，其发现可追溯到19世纪末和20世纪初。随着这一发现，科学家们开始了解小的、自产的有机分子如何影响植物的生理过程，如生长、细胞分裂、开花、果实成熟和应激反应。

植物激素的生长素家族促进细胞伸长和根发育，并参与定向生长，如向光生长。它通过在植物组织内定向移动来建立浓度梯度，从而调节关键的发育过程。这种定向运输是由三个蛋白质家族协调的：PIN、ABCB和AUX1/LAX家族。

尽管科学家们以前了解PIN蛋白如何将生长素输出细胞，但AUX1/LAX蛋白的输入机制尚不清楚。

然而，现在，由中国科学院中国科技大学孙林峰教授、刘欣教授和谭树堂教授领导的研究小组揭示了拟南芥抗生长素1蛋白（AUX1）的结构，并阐明了该蛋白通过质子浓度梯度将生长素运入细胞的分子机制。

该研究发表在《细胞》杂志上。

为了阐明拟南芥AUX1控制的转运机制，研究人员采用了生化分析、结构生物学和计算模拟。

通过微尺度热泳和等温滴定量热法，他们证明AUX1介导的生长素结合和转运是质子依赖性的，可以被已知的小分子1-萘氧乙酸（1-NOA）和3-氯-4-羟基苯乙酸（CHPAA）抑制。

此外，研究人员使用冷冻电子显微镜确定了AUX1在三种不同状态下的高分辨率结构：apo（无底物）、生长素结合（IAA）和抑制剂结合（CHPAA）。

这些结构首次揭示了AUX1/LAX蛋白家族的整体结构，该家族具有面向内的构象，11个跨膜螺旋采用经典的LeuT折叠。

在生长素结合结构中，鉴定出参与IAA识别的几个关键残基，最明显的是His249（H249），它在底物结合时经历了明显的侧链重取向。

这些残基的功能相关性已通过定点突变、生化测定和植物生理实验得到证实。

为了进一步研究H249在底物识别和质子耦合中的作用，研究人员与香港中文大学（深圳）朱立哲教授的团队合作，进行了分子动力学模拟。

IAA和CHPAA结合结构的比较分析表明，虽然两种配体占据了相似的结合口袋，但它们表现出不同的相互作用模式。这些差异为CHPAA如何抑制AUX1介导的生长素运输提供了机制上的见解。

这项研究首次揭示了植物中AUX1/LAX蛋白家族介导的生长素导入的分子基础，是理解植物生长发育的重要突破。p