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作者：杨超月

8 月 2 日、4 日及 8 日，国际学术期刊《自然》《科学》《细胞》发表了中国科学技术大学生命科学与医学部团队 3 篇成果论文，分别报道了植物生长素转运机制、发现肿瘤免疫治疗新潜在靶点、光感知促进脑发育神经机制 3 个方面取得的重要进展。

《自然》：植物生长素 " 搬运工 " 首露真容

8 月 2 日，《自然》杂志以 " 快速通道 " 形式发表了中国科学技术大学生命科学与医学部教授孙林峰团队在植物生长机理上的重大进展。

该研究揭示了生长素 " 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，为理解植物生长素运输调控以及针对 PIN 家族蛋白的农业用除草剂和生长调节剂的设计开发提供了重要基础。

作为第一种被发现的植物激素，生长素几乎参与了植物生长发育调控的每个过程，如胚胎发育、组织分化、向光性和向重力性生长等。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 蛋白的三维结构对于理解生长素的 " 搬运 " 过程有极大的帮助，是生长素研究领域亟待解决的科学问题，同时也有助于针对 PIN 蛋白设计小分子抑制剂，找到更有效、更安全的农用除草剂或植物生长调节剂。

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，也是农业生产中最早作为除草剂应用的化学小分子。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。

拟南芥 PIN1 是最早鉴定的 PIN 家族成员之一。本研究中，孙林峰团队针对 PIN1 这一经典的 PIN 家族成员展开研究，搭建出一套全新的、基于放射性同位素的功能检测体系，验证了 PIN1 蛋白的生长素 " 搬运 " 活性，以及受激酶激活、被 NPA 抑制的过程。

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图 1 拟南芥 PIN1 蛋白三种状态下的结构和转运机制示意图。

这一实验体系利用更易培养、方便蛋白表达的哺乳动物 HEK293F 细胞，操作也更容易进行，为生长素运输研究提供一种新手段。

为解决 PIN1 蛋白构象不稳定及分子量较小的问题，孙林峰团队与中国科学院分子细胞科学卓越创新中心李典范团队合作，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。

该研究揭开了植物经典 PIN 家族蛋白的结构面纱，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，为我们深入理解植物生长素极性运输过程，认识 " 葵花向日倾 " 等等奇妙的植物界现象的原理提供了重要帮助。

基于这些结构，科学家可以设计特异性靶向 PIN 家族蛋白的小分子抑制剂，利用杂草和农作物的生长素浓度敏感性差异，甚至是它们 PIN 蛋白结构的不同，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，应用于农业生产。