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2025年4月26日，佛山大學國際膜生物與環(huán)境研究中心喻敏教授團隊在Environmental and Experimental Botany發(fā)表了題為Coordinated PIN7 and AUX1 Responses to Arsenite-Restrained Root Growth in Arabidopsis的研究論文，揭示了生長素運輸?shù)鞍?/span>PIN7和AUX1協(xié)同響應(yīng)亞砷酸鹽抑制植物根系生長的機制。

研究團隊以植物逆境生理為研究方向，重點探索金屬離子或養(yǎng)分缺乏（鐵、錳、銅、鋅、硼、鋁、鎘、砷等）對根尖生長素運輸?shù)鞍?/span>PINs亞細胞定位和內(nèi)吞循環(huán)的影響，以探明逆境脅迫阻礙根系生長的機理。在酸性土壤環(huán)境中，植物不僅遭受鋁毒害，而且面臨缺硼脅迫，團隊2023年的研究成果揭示了酸性土壤中供硼緩解鋁脅迫的新機制，成果以Cover Paper形式發(fā)表在The Plant Journal（中科院一區(qū)TOP，IF7.2）。此后，研究團隊針對繼鋁（Al）之后的主要毒害元素之一錳（Mn）展開研究。系統(tǒng)性揭示了錳（Mn）毒通過下調(diào)生長素合成相關(guān)基因的表達以及生長素運輸相關(guān)蛋白降解進而抑制根生長的機制，相關(guān)成果以題“Manganese toxicity elicits the degradation of auxin transport carriers to restrain arabidopsis root growth”于2024年6月27日發(fā)表在Environmental and Experimental Botany雜志上（）。

此外，我國華南地區(qū)土壤砷（As）污染是制約植物生長和糧食安全的主要因素之一。在砷污染土壤中，植物根系生長受到顯著抑制，且亞砷酸鹽（As^III）的毒性強于硝酸鹽（As^V）。前期研究表明，As^III脅迫導(dǎo)致根尖生長素（IAA）積累，但具體機制尚不清楚。生長素（auxin，IAA）從地上部向根尖靜止中心（quiescent center，QC）的運輸依賴于定位在中柱和中柱鞘的PIN7和AUX1載體蛋白協(xié)同作用。IAA從QC再分配到伸長區(qū)（elongation zone，EZ）主要依賴于表皮細胞膜PIN2載體蛋白。本研究利用共聚焦熒光顯微鏡（CLSM）觀察擬南芥轉(zhuǎn)基因材料DII-VENUS和DR5-GFP發(fā)現(xiàn)，As^III脅迫誘導(dǎo)根尖分生區(qū)（meristem zone，MZ）和過渡區(qū)（transition zone，TZ）生長素含量顯著增加，而伸長區(qū)（elongation zone，EZ）生長素含量減少。此外，As^III脅迫導(dǎo)致根尖第一個可見根毛突起的表皮細胞伸長長度（LEH）顯著降低，表明As^III抑制了細胞伸長。通過藥物干擾及轉(zhuǎn)基因材料PIN2-Dendra2實時觀察As^III脅迫對PIN2膜蛋白的影響，發(fā)現(xiàn)As^III脅迫引起PIN7和AUX1膜蛋白含量增加，依賴于As^III對PIN7和AUX1基因轉(zhuǎn)錄水平的上調(diào)，而非內(nèi)吞作用的抑制。PIN2膜蛋白內(nèi)吞循環(huán)實驗進一步證實As^III脅迫不抑制PIN2膜蛋白內(nèi)吞作用，而是通過上調(diào)PIN7和AUX1基因表達來增加生長素在根尖的積累。本研究為揭示砷污染土壤中植物根系生長抑制機制提供了新的見解。相關(guān)成果以題“Coordinated PIN7 and AUX1 Responses to Arsenite-Restrained Root Growth in Arabidopsis”于2025年4月26日發(fā)表在Environmental and Experimental Botany雜志上（）。

佛山大學喻敏教授、斯洛伐克科學院植物研究所Ján Jásik教授、華南理工大學與佛山大學聯(lián)合培養(yǎng)在站博士后陶林、李亞林講師為共同通訊作者；陶林博士后和佛山大學本科生羅欣怡為論文共同第一作者；佛山大學研究生朱虎、顧路平及本科生呂雋歡、郭芷珊、楊藝博、王惠、楊陽、陸彥衫、吳嘉怡也參與了該項研究。該研究得到了國家自然科學基金、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用研究基金、中國博士后科學基金及廣東省科技創(chuàng)新戰(zhàn)略專項基金的資助。