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　　光明日報合肥8月3日電（記者常河 通訊員王敏）向日葵永遠向著太陽綻放它的“笑臉”，是什麽(me) 原因使得它“向日傾(qing) ”？答案是植物體(ti) 內(nei) 的生長素。如同人體(ti) 內(nei) 生長激素一樣，生長素負責給細胞傳(chuan) 達信息，指揮植物的生長發育。受光照影響，生長素會(hui) 從(cong) 向日葵莖端向光側(ce) 運輸到背光側(ce) ，產(chan) 生濃度差異。由此，背光側(ce) 生長會(hui) 更快，而向光側(ce) 慢一些，向日葵的花盤就朝著太陽的方向轉頭了。生長素的運輸需要細胞膜上的“搬運工”——轉運蛋白的協助，其中非常重要的一員是負責將生長素從(cong) 細胞內(nei) 搬運到細胞外的外排蛋白PIN。

　　這些“搬運工”是怎樣工作的呢？8月2日，《自然》雜誌以“快速通道”形式發表了中國科學技術大學生命科學與(yu) 醫學部孫林峰教授團隊在植物生長機理上的重大進展，題為(wei) “擬南芥PIN1蛋白識別和外排生長素的結構探究”。團隊揭示了植物生長素“搬運工”成員PIN1蛋白，以及它分別與(yu) 抑製劑NPA（又名抑草生）、生長素IAA結合的三個(ge) 高分辨率結構，並通過功能分析闡釋了PIN1“搬運”生長素的機製，為(wei) 理解植物生長素運輸調控以及針對PIN蛋白的農(nong) 業(ye) 用除草劑和生長調節劑的設計開發提供了重要基礎。

　　作為(wei) 第一種被發現的植物激素，生長素幾乎參與(yu) 了植物生長發育調控的每個(ge) 過程，如胚胎發育、組織分化、向光性和向重力性生長等。生長素的一個(ge) 顯著特點是其細胞間傳(chuan) 遞具有方向性，被稱為(wei) 極性運輸，而PIN家族蛋白就在其中發揮了關(guan) 鍵作用。特定PIN家族成員在細胞質膜上具有不對稱分布的特點，它們(men) 的分布位置決(jue) 定了生長素“搬運”的方向。解析PIN蛋白的三維結構對於(yu) 我們(men) 理解生長素的“搬運”過程有極大的幫助，是生長素研究領域亟待解決(jue) 的科學問題，同時也有助於(yu) 我們(men) 針對PIN蛋白設計小分子抑製劑，找到更有效、更安全的農(nong) 用除草劑或植物生長調節劑。NPA是之前在實驗室廣泛應用的一種生長素極性運輸抑製劑，也是農(nong) 業(ye) 生產(chan) 中最早作為(wei) 除草劑應用的化學小分子。生化證據表明，NPA可以直接靶向PIN蛋白，但是究竟是如何發揮作用的一直不清楚。

　　擬南芥PIN1是最早被鑒定的PIN家族成員之一，其基因突變導致植物產(chan) 生裸露的針狀花序，該家族由此得名。本研究中，孫林峰團隊針對PIN1這一經典的PIN家族成員展開研究，搭建出一套全新的、基於(yu) 放射性同位素的功能檢測體(ti) 係，驗證了PIN1蛋白的生長素“搬運”活性，以及受激酶激活、被NPA抑製的過程。這一實驗體(ti) 係利用更易培養(yang) 、方便蛋白表達的哺乳動物HEK293F細胞，操作也更容易進行，為(wei) 生長素運輸研究提供了一種新的手段。

　　為(wei) 解決(jue) PIN1蛋白構象不穩定及分子量較小的問題，孫林峰團隊與(yu) 中國科學院分子細胞科學卓越創新中心李典範團隊合作，利用體(ti) 外納米抗體(ti) 合成技術，篩選得到了靶向PIN1蛋白的納米抗體(ti) ，並利用冷凍電鏡單顆粒重構技術，成功解析了PIN1與(yu) 一種納米抗體(ti) 結合的、分辨率為(wei) 3.0埃的結構，首次揭示了經典PIN家族蛋白成員的三維結構。團隊進一步解析了PIN1與(yu) 生長素IAA、抑製劑NPA結合的複合體(ti) 結構，揭示了PIN1蛋白“裝載”生長素，以及NPA“鳩占鵲巢”阻止生長素“搬運”的全貌。

　　該研究揭開了植物經典PIN家族蛋白的結構麵紗，係統闡釋了PIN1“搬運”底物生長素IAA以及被NPA抑製的分子機製，為(wei) 我們(men) 深入理解植物生長素極性運輸過程，認識“葵花向日傾(qing) ”等等奇妙的植物界現象的原理提供了重要幫助。基於(yu) 這些結構可以設計特異性靶向PIN家族蛋白的小分子抑製劑，利用雜草和農(nong) 作物的生長素濃度敏感性差異，甚至是它們(men) PIN蛋白結構的不同，設計出更高效、對環境更友好、對人類更安全的除草劑和生長調節劑，應用於(yu) 農(nong) 業(ye) 生產(chan) 。