植物におけるオーキシン流入のメカニズムを解明(Researchers Elucidate Mechanism of Auxin Influx in Plants)

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2025-05-16 中国科学院(CAS)

中国科学院の中国科学技術大学(USTC)の孫林峰、劉鑫、譚樹棠教授らの研究チームは、植物ホルモン「オーキシン」の細胞内取り込みを担うAUX1/LAXファミリーの輸送機構を初めて解明しました。シロイヌナズナのAUXIN RESISTANT 1(AUX1)タンパク質の構造を、クライオ電子顕微鏡を用いて3つの状態(基質非結合、オーキシン結合、阻害剤結合)で解析し、11本の膜貫通ヘリックスからなるLeuT型フォールドを持つ構造を明らかにしました。特に、ヒスチジン249(H249)が基質結合時に側鎖の再配向を示すことが判明し、この残基がオーキシンの認識とプロトン共輸送に重要であることが、点変異解析や分子動力学シミュレーションにより確認されました。また、既知の阻害剤CHPAAがAUX1の輸送を阻害する仕組みも明らかにされました。この研究は、植物の成長や発達に関わるオーキシン輸送の分子基盤を解明する重要な成果であり、2025年5月15日に『Cell』誌に掲載されました。

<関連情報>

シロイヌナズナAUX1を介したオーキシン流入の構造的洞察 Structural insights into auxin influx mediated by the Arabidopsis AUX1

Zhisen Yang ∙ Hong Wei ∙ Yulin Gan ∙ … ∙ Shutang Tan ∙ Xin Liu ∙ Linfeng Sun
Cell  Published:May 15, 2025
DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.04.028

Graphical abstract

植物におけるオーキシン流入のメカニズムを解明(Researchers Elucidate Mechanism of Auxin Influx in Plants)

Highlights

  • AUX1 functions as a proton-coupled, high-affinity auxin importer
  • Structure of auxin-bound AUX1 provides insights into auxin-binding mechanism
  • Structure of an inhibitor-bound AUX1 is determined
  • A histidine residue of AUX1 is identified as a key player in proton coupling

Summary

Auxin is crucial in orchestrating diverse aspects of plant growth and development and modulating responses to environmental signals. The asymmetric spatiotemporal distribution of auxin generates local gradient patterns, which are regulated by both cellular auxin influx and efflux. The AUXIN1/LIKE-AUX1 (AUX1/LAX) family transporters have been identified as major auxin influx carriers. Here, we characterize the auxin uptake mediated by AUX1 from Arabidopsis thaliana. Using cryoelectron microscopy (cryo-EM), we determine its structure in three states: the auxin-unbound, the auxin-bound, and the competitive inhibitor, 3-chloro-4-hydroxyphenylacetic acid (CHPAA)-bound state. All structures adopt an inward-facing conformation. In the auxin-bound structure, indole-3-acetic acid (IAA) is coordinated to AUX1 primarily through hydrogen bonds with its carboxyl group. The functional roles of key residues in IAA binding are validated by in vitro and in planta analyses. CHPAA binds to the same site as IAA. These findings advance our understanding of auxin transport in plants.

生物工学一般
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