中国科大首次破解植物生长素“搬运工”三维结构

摘要：中国科学技术大学科研团队在植物激素运输领域取得里程碑式突破。孙林峰、刘欣团队联合谭树堂团队利用冷冻电镜技术，首次揭示了AUX1/LAX家族蛋白的三维结构，破解了困扰科学界近百年的植物生长素运输机制谜题。这项登上国际顶刊《细胞》的研究，不仅为理解向日葵转头、根系

声明：本文内容均是根据权威材料，结合个人观点撰写的原创内容，辛苦各位看官支持，文末已标注文献来源请知悉。

中国科学技术大学科研团队在植物激素运输领域取得里程碑式突破。孙林峰、刘欣团队联合谭树堂团队利用冷冻电镜技术，首次揭示了AUX1/LAX家族蛋白的三维结构，破解了困扰科学界近百年的植物生长素运输机制谜题。这项登上国际顶刊《细胞》的研究，不仅为理解向日葵转头、根系向地等生命现象提供了分子密码，更为开发新型绿色农药、培育抗旱高产作物打开了技术突破口。

研究团队合影（左三为孙林峰、左二为刘欣、右三为谭树堂）。中国科大供图

如果你曾在夏日观察过向日葵田，一定会被金黄圆盘追着太阳旋转的奇观震撼。这种被称为"向日性"的现象，本质上是一场发生在植物细胞层面的"激素接力赛"——生长素在茎秆背光侧积累，刺激细胞伸长形成弯曲。但在这场横跨百年的科学探索中，始终有个关键环节笼罩在迷雾中：究竟是谁在细胞间精准运送这些生命指令？

生长素作为植物界的"第一信使"，早在1937年就被科学家发现。它的运输网络如同精准的快递系统，决定着植物胚胎发育、器官形成、环境响应等核心生命活动。但直到本世纪初，科学家才锁定AUX1/LAX蛋白家族是这个系统的"快递员"。这些嵌在细胞膜上的蛋白质，能以每秒上千次的频率将生长素从细胞外搬运到细胞内，形成定向运输流。然而由于技术限制，这个关键分子机器的工作细节始终成谜。

突破始于中国科大实验室里的一次技术突围。研究团队创新性地将放射性同位素示踪与冷冻电镜技术结合，如同给分子机器装上了"运动传感器"和"高速摄像机"。他们不仅捕捉到AUX1蛋白在活跃运输时的能量消耗特征，更以0.3纳米级精度（相当于头发丝直径的二十万分之一）解析了三种工作状态下的三维结构。结构显示，这个"分子快递员"形似动态开合的V形机械臂——当细胞膜外侧质子浓度升高时，机械臂张开捕获生长素分子，随即向内翻转释放到细胞质中。

AUX1蛋白介导的生长素内向运输机制示意图。中国科大供图

这项发现彻底改写了教科书认知。过去认为生长素运输是简单的浓度扩散，现在证实这是需要精密能量转化的主动运输过程。更令人振奋的是，团队通过结构比对发现了小分子抑制剂CHPAA的作用位点，这相当于找到了"暂停键"的位置。在农业现场试验中，喷洒CHPAA的作物表现出根系增粗、抗旱性提升等特征，验证了调控生长素运输的实用价值。

技术的突破往往带来连锁反应。研究团队在解析结构时意外发现，AUX1蛋白与人类神经递质转运蛋白存在结构相似性。这种跨物种的分子进化线索，为研究动植物间的激素信号传导提供了全新视角。而通过基因编辑技术定向改造AUX1的实验显示，突变体拟南芥的根系网络密度提升了40%，这对开发适应盐碱地的超级作物具有启示意义。

站在应用维度，这项基础研究的价值正在裂变。在安徽寿县的试验田里，科研人员正尝试将AUX1高表达基因导入水稻品种。初步数据显示，转基因植株在干旱条件下的产量比对照组高出15%，且茎秆抗倒伏能力显著增强。农药企业则瞄准了CHPAA类抑制剂——与传统除草剂相比，这类靶向生长素运输的化合物对哺乳动物毒性降低90%，在土壤中的半衰期缩短至7天。