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中國科大《自然》刊文:揭示植物生長素轉運機制
2022-08-04 科技日報

  記者8月3日從中國科學技術大學獲悉,該校生命科學與醫學部孫林峰教授團隊研究揭示了植物生長素“搬運工”成員PIN1蛋白,以及它分別與抑制劑NPA(又名抑草生)、生長素IAA結合的三個高分辨率結構,并通過功能分析闡釋了PIN1“搬運”生長素的機制。8月2日,《自然》雜志以“快速通道”形式發表了這一成果。

  向日葵永遠向著太陽綻放它的“笑臉”,是因為在植物體內有一種稱為生長素的物質,負責給細胞傳達信息,指揮植物的生長發育。受光照影響,生長素會從向日葵莖端向光側運輸到背光側,產生濃度差異。由此,背光側生長會更快,而向光側慢一些,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細胞內搬運到細胞外的外排蛋白PIN。

  生長素的一個顯著特點是其細胞間傳遞具有方向性,被稱為極性運輸,而PIN家族蛋白就在其中發揮了關鍵作用。特定PIN家族成員在細胞質膜上具有不對稱分布的特點,它們的分布位置決定了生長素“搬運”的方向。解析PIN蛋白的三維結構是生長素研究領域亟待解決的科學問題。NPA是之前在實驗室廣泛應用的一種生長素極性運輸抑制劑,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。

  研究人員利用體外納米抗體合成技術,篩選得到了靶向PIN1蛋白的納米抗體,并利用冷凍電鏡單顆粒重構技術,成功解析了PIN1與一種納米抗體結合的、分辨率為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與生長素IAA、抑制劑NPA結合的復合體結構,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。

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