植物生长示意图
中安在线 中安新闻客户端讯 向日葵,永远向着太阳绽放它的“笑脸”,是什么原因使它“向日倾”呢?在植物体内有一种称为生长素的物质,如同人体内生长激素一样,它负责给细胞传达信息,指挥植物的生长发育。受光照影响,生长素会从向日葵茎端向光侧运输到背光侧,产生浓度差异。由此,背光侧生长会更快,而向光侧慢一些,向日葵的花盘就朝着太阳的方向转头了。生长素的运输需要细胞膜上的“搬运工”——转运蛋白的协助,其中非常重要的一员是负责将生长素从细胞内搬运到细胞外的外排蛋白PIN。这些“搬运工”是怎样工作的呢?
8月2日,Nature杂志上以“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孙林峰教授团队在植物生长机理上的重大进展,题为“拟南芥PIN1蛋白识别和外排生长素的结构探究”(Structural insights into auxin recognition and efflux byArabidopsisPIN1)。团队揭示了植物生长素“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我们理解生长素的“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,同时也有助于我们针对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,其基因突变导致植物产生裸露的针状(pin,别针)花序,该家族由此得名。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。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了一种新的手段。
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。
![](https://p0.ssl.img.360kuai.com/t01770bbf2113d802ef.jpg)
拟南芥PIN1蛋白三种状态下的结构和转运机制示意图
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。(王敏 记者 汪乔)
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龚秆狠1675以下是植物根尖、叶芽以及枝条结构示意图,请据图回答(1)左图中生长最快的部位是[___]___区,其细胞的生长是根尖伸长的重要原因;同时还离不开[__... -
訾姜送15610389939 ______[答案] (1)根生长最快的部位是伸长区.根的长度不断增加,是分生区的细胞能够分裂而增加数量和伸长区的细胞能够不断伸长而增大体积的缘故. (2)A成熟区是根尖吸收水分和无机盐的最主要部位. (3)枝芽的结构和作用如图所示: 可见,枝芽可以发育...
龚秆狠1675图为番茄的生长示意图,请据图回答:(1)根据图中A的花蕊可以看出番茄的花是 - ---- - 花,从A→B表示的生 -
訾姜送15610389939 ______ (1)根据雌蕊和雄蕊的有无,花可以分为两性花和单性花,在一朵花中同时具有雌蕊和雄蕊的花叫做两性花,在一朵花中只有雄蕊或只有雌蕊的花叫做单性花.雄蕊花药里的花粉散落出来,借助外力落到雌蕊柱头上的过程叫传粉.根据图中A的花蕊...
龚秆狠1675植物顶端优势..详解. -
訾姜送15610389939 ______ 植物的顶芽优先生长而侧芽受抑制的现象.(据《辞海》)植物的顶芽生长对侧芽萌发和侧枝生长的抑制作用(见图顶端优势示意图顶端优势示意图),包括对侧枝或叶子生长角度的影响.(据中国百科网)植物在生长发育过程中,顶芽和侧芽...
龚秆狠1675 如图是绿色植物叶片的结构示意图及绿色植物的生理活动示意图,根据图示回答下列问题:(1)图1中的1、3属于植物的______组织.(2)绿色植物生长所... -
訾姜送15610389939 ______[答案] (1)图中的1、3是叶片的上、下表皮,由一层排列紧密、无色透明的细胞构成,表皮细胞的外壁上有一层透明的、不易透水的角质层,表皮主要起保护作用,属于保护组织.(2)光合作用的场所是叶绿体,叶肉细胞里含有...
龚秆狠1675如图为植物根尖各部分示意图,据图回答:(1)植物的根生长、分化、吸收最活跃的部位是______,它包括______、______、______、______四部分.(... -
訾姜送15610389939 ______[答案] (1)植物的根生长、分化、吸收最活跃的部位是根尖.根尖是指从根的顶端到生有根毛的一段.它的结构从顶端依次是根冠、分生区、伸长区、成熟区四部分.(2)成熟区在伸长区的上部,细胞停止伸长,并且开始分化,表皮...
龚秆狠1675请绘出双子叶植物根次生构造简图,并标出各部分结构名称. -
訾姜送15610389939 ______ 如图: 大多数双子叶植物中,次生结构由根的维管形成层和木栓形成层产生的结构.次生结构可增强植物体的支持、输导和贮藏等功能.在植物演化过程中,对种子植物征服陆地起了重要作用.同时,研究次生生长的规律,在木材、橡胶、生...
龚秆狠1675如图表示某一植物的一段枝条、叶芽(纵切)、种子结构示意图,请据图回答(1)图甲中 结构[1]是由图乙中的______发育来的,也是由图丙中的______... -
訾姜送15610389939 ______[答案] (1)图甲中的结构1所指的是叶,由乙图枝芽的5幼叶发育而来,种子萌发时,9胚芽发育从茎和叶,因此,也是由丙图种子中... 甲图中的结构2是茎,由乙图中的6芽轴发育而来,也是由图丙中的9胚芽发育而来. (2)枝芽由小长大与图乙中的4生长点有...
龚秆狠1675 下面图甲表示某生长的大棚蔬菜示意图,图乙为该植物叶表皮上的细胞结构示意图,图丙为该植物叶肉细胞结构示意图.请回答:⑴植物生长生理活动需要... -
訾姜送15610389939 ______[答案] 导管 蒸腾作用 气孔 光照 呼吸作用 线粒体 叶绿体 水分和无机盐的运输是通过导管运输的,B是水蒸气从植物体内散失到体外的过程,是蒸腾作用,气孔是由一对半月形的保卫细胞构成的,气孔的张开和闭合可以调节蒸腾作用的强度,图A是释放二氧...
龚秆狠1675图一表示生长素浓度对植物根和茎生长的影响曲线图,图二表示重力影响生长素的分布而导致根和茎的生长示意图.请据图分析回答:(1)根和茎生长的最适... -
訾姜送15610389939 ______[答案] (1)根据题意和图示分析可知:根和茎生长的最适生长素浓度分别为10-10mol/L和10-4mol/L. (2)当生长素浓度为10-6mol/L时,根据题意和图示分析可知:对植物根、茎生长的影响分别是抑制和促进作用. (3)茎向上弯曲生长,反映了生长素的促进生...
龚秆狠1675以下是绿色植物受精过程,种子、芽和植株结构示意图,根据图示回答问题:(1)绿色植物发育的起点 - - 受精 -
訾姜送15610389939 ______ (1)由图一可知:被子植物受精的过程是:当花粉成熟后从花药中散落到雌蕊的柱头上,花粉就在雌蕊分泌的粘液的刺激下生出花粉管,花粉管穿过花柱,进入子房,一直到达胚珠的珠孔.将精子输送到胚珠内一颗与卵细胞在③胚珠中结合,形成...