植物根系如何找到向下的方向？蛋白质相互“牵手”决定生长方向[读懂科学]

by Kim Jonghwa

Published 29 Sep.2026 09:17(KST)

揭示生长素转运蛋白PIN-FORMED直接结合、调节位置与移动的机制
“牵手”中断后，根对重力的反应减弱……成果发表于《美国国家科学院院刊》

无法移动的植物如何让根向下生长、让茎朝有光的方向伸展？研究发现，决定植物生长方向的激素转运蛋白会通过彼此“牵手和松手”，调节自身的位置和移动。

研究团队29日表示，他们发现了一种新机制：决定植物激素生长素运输方向的PIN-FORMED蛋白之间会直接结合，从而调节其在细胞膜上的位置和移动。研究成果于28日在线发表于国际学术期刊《美国国家科学院院刊》。

生长素转运蛋白PIN之间通过β折叠相互连接。研究团队供图

生长素是植物根据光照、重力和水分等周围环境调整生长方向的关键激素。当生长素更多地分布在组织的一侧时，细胞生长速度便会出现差异，使根或茎朝特定方向弯曲。

决定生长素运输方向的是PIN-FORMED蛋白。它不会均匀分布在整个细胞膜上，而是偏向细胞膜的一侧，将生长素输送到特定方向。这类似于建筑物将出入口设在哪面墙上，会影响人们的行进方向。

研究团队将目光投向PIN-FORMED蛋白位于细胞内侧的“水溶性环区”。此前，人们认为这里是其他调控蛋白的结合部位；此次研究则证实，不同PIN-FORMED蛋白的水溶性环区之间能够直接结合。

其中，水溶性环区内的“β折叠”结构对PIN-FORMED蛋白之间的结合起着关键作用。去除这一结构后，蛋白之间的结合被破坏，蛋白在细胞膜的特定区域大量聚集。其在细胞内的移动和降解过程也出现异常，根朝重力方向正常弯曲生长的能力随之下降。

研究团队照片。左为首尔大学教授 Jo Hyeongtaek，右为博士后研究员 Maeng Gwangho。首尔大学供图。

研究团队使用药物使去除了β折叠结构的PIN-FORMED蛋白重新结合后，蛋白异常聚集、定位及细胞内移动等情况，以及根对重力的反应，均在相当程度上恢复正常。这表明，PIN-FORMED蛋白之间的直接结合对其正常发挥功能至关重要。

研究还发现，当PIN-FORMED蛋白的水溶性环区发生“磷酸化”，即附着磷酸基团时，蛋白之间的结合会减弱。这表明，细胞可能通过改变其磷酸化状态，调控蛋白之间的结合、移动与排列。

此前的观点认为，其他调控蛋白决定PIN-FORMED蛋白的位置和功能。此次研究在此基础上提出了新原理：PIN-FORMED蛋白自身也能通过直接相互作用，调节自身的位置和移动。

研究团队期待，这一成果有助于理解植物生长素运输和定向生长的原理，并在长期内为研究作物根系生长及环境适应能力奠定基础。

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。