ＣｈｉｎｅｓｅＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＢｕｌｌｅｔｉｎＶｏｌ．２３Ｎｏ．５２００７Ｍａｙ
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热带农业科学生长素运输机制研究进展
刘进平
（华南热带农业大学农学院，海南省儋州５７１７３７）
摘要：ＡＵＸ１／ＬＡＸ蛋白是生长素运入载体，而ＰＩＮ蛋白是生长素运出载体。ＭＤＲ／ＰＧＰ蛋白也参与生长素运输。生长素运输是通过生长素载体将生长素载入质膜产生的内体，以及内体产生的小泡再循环实现的。生长素作为激素与形态发生素，生长素运输调控细胞的分裂与分化，同时在植物向性生长与维持植物的顶端优势中也发挥重要作用。
关键词：生长素；生长素运输；ＡＵＸ１／ＬＡＸ；ＰＩＮ；ＰＧＰ；形态发生素；向性；顶端优势中图分类号：Ｑ９４６．８８５＋．１；Ｑ３４４＋．４
文献标识码：Ａ
ＲｅｓｅａｒｃｈＡｄｖａｎｃｅｓｏｎＡｕｘｉｎＴｒａｎｓｐｏｒｔＭｅｃｈａｎｉｓｍ
ＬｉｕＪｉｎｐｉｎｇ
（ＡｇｒｏｎｏｍｙＣｏｌｌｅｇｅ，ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｒｏｐｉｃａｌＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，ＤａｎｚｈｏｕＨａｉｎａｎ５７１７３７）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡＵＸ１／ＬＡＸｐｒｏｔｅｉｎｓａｒｅａｕｘｉｎｉｎｆｌｕｘｃａｒｒｉｅｒｓａｎｄｔｈｅｆａｍｉｌｙｏｆＰＩＮ－ＦＯＲＭＥＤ（ＰＩＮ）ｐｒｏｔｅｉｎｓａｒｅｅｆｆｌｕｘｃａｒｒｉｅｒｓ．Ｐｌａｎｔｏｒｔｈｏｌｏｇｓｏｆｍａｍｍａｌｉａｎｍｕｌｔｉｄｒｕｇ－ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ／Ｐ－ｇｌｙｃｏｐｒｏｔｅｉｎｓ（ＭＤＲ／ＰＧＰｓ）ａｌｓｏｆｕｎｃ－ｔｉｏｎｓｉｎａｕｘｉｎｔｒａｎｓｐｏｒｔ．Ｐｏｌａｒｃｅｌｌ－ｔｏ－ｃｅｌｌｔｒａｎｓｐｏｒｔｏｆａｕｘｉｎｉｓｍｅｄｉａｔｅｄｂｙｒｅｇｕｌａｔｅｄｖｅｓｉｃｌｅｔｒａｆｆｉｃｋｉｎｇ．Ａｓａｈｏｒｍｏｎｅａｎｄａｍｏｒｐｈｏｇｅｎ，ａｕｘｉｎｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｓｉｍｐｌｉｃａｔｅｄｉｎｒｅｇｕｌａｔｉｎｇｔｈｅｐａｔｔｅｒｎｏｆｃｅｌｌｄｉｖｉｓｉｏｎａｎｄｄｉｆ－ｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ，ａｌｓｏｐｌａｙｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｐｌａｎｔｔｒｏｐｉｓｍｓａｎｄａｐｉｃａｌｄｏｍｉｎａｎｃｅ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ａｕｘｉｎ，Ａｕｘｉｎｔｒａｎｓｐｏｒｔ，ＡＵＸ１／ＬＡＸ，ＰＩＮ，ＰＧＰ，Ｍｏｒｐｈｏｇｅｎ，Ｔｒｏｐｉｓｍｓ，Ａｐｉｃａｌｄｏｍｉｎａｎｃｅ生长素是植物必不可少的生长和发育的调节物质。生长素主要形式是吲哚乙酸ＩＡＡ（ｉｎｄｏｌｅ－３－ａｃｅｔｉｃａｃｉｄ），它是一种弱酸（ｐＫａ＝４．７５），在茎端的分生组织区合成，并向根尖方向运输。通过在根皮层和表皮组组织再定向而产生向基的（即远离器官端的）生长素浓度梯度。对生长素的测定表明，在正发育的幼叶和根中有额外的生长素合成；但不论是自茎尖分生组织、幼叶，还是根中的生长素都以相似的机制运输。生长素的极性运输为诸如维管分化、顶端优势、器官发育和向性生长等发育过程提供必须的方向和位置信息。通过基因突变或生长素运输抑制剂处理破坏生长素定向运动，可导致植物产生严重的发育缺陷［１￣３］。
生长素可以通过韧皮部或以一种定向的或极性的运输系统在植物中分配。大量生理和生化数据表明，极性生长素运输可以用经典的化学渗透假说（ｃｈｅｍｉｏｓｍｏｔｉｃｈｙｐｏｔｈｅｓｉｓ）来解释。质膜ＡＴＰａｓｅ在中性的细胞质和酸性的质体外之间产生Ｈ＋梯度，并由此
Ｈ＋梯度驱动生长素的极性运输。特异的生长素运入和运出载体介导生长素在细胞与细胞之间运动，而生长素运出载体在细胞某特定一侧的不对称分布决定了生ＩＡＡ向质子化的、亲脂形式的平长素流向。在质外体，衡移动导致ＩＡＡ向质膜和细胞内部的扩散增加。以质子化的形式扩散或通过可饱和的吸收载体的作用进入细胞后，生长素便由于细胞质碱性ｐＨ值而迅速去质子化。因此在细胞质中，ＩＡＡ几乎都是以脂不溶性的阴离子形式存在，并堵在细胞内和小泡区室内。这种阴离子形式的ＩＡＡ只有通过运出载体（ｅｆｆｌｕｘｃａｒｒｉｅｒ）才能排出细胞。由于向细胞内的亲脂性运动可以绕过生长素吸收蛋白（或运入载体），但生长素流出细胞不能绕过运出载体，所以生长素运出载体的细胞调控要比对生长素的吸收调控对生长素的极性运输的贡献要大得多［１￣５］。
１生长素运入和运出载体１．１ＡＵＸ１／ＬＡＸ蛋白
作者简介：刘进平，男，１９７０年４月出生，汉，山西省沁县人，博士，副教授，专业方向为植物分子细胞遗传学。通信地址：５７１７３７海南省儋州市宝岛新村华南热带农业大学农学院，Ｔｅｌ：０８９８－２３３００５３０，３１１１２４０６，Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｕ３３０５６０２＠１６３．ｃｏｍ。收稿日期：２００７－０１－２１
中国农学通报第２３卷第５期２００７年５月
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１９９６年ＭａｌｃｏｌｍＢｅｎｎｅｔｔ及其合作者的研究表
明，ＡＵＸ１／ＬＡＸ蛋白是拟南芥中推定的第一个Ｈ＋／生长素的同向运输体或生长素运入载体［６］。在顶端组织中生长素浓度很高，Ｈ＋梯度驱动的Ｈ＋同向运输活性可促进生长素的亲脂性扩散［７］。而这种活性是与拟南芥中氨基酸渗透酶类似蛋白的ＡＵＸ１／ＬＡＸ（或ＡＵＸ－ＩＮ１／ＬＩＫＥ－ＡＵＸ１）家族有关的［８￣１１］。ａｕｘ１突变体表现出降低根的向地性及降低生长素在根和幼叶原基中的运输，此外，它还对高的（或抑制性）浓度的ＩＡＡ和２，４－Ｄ（２，４－ｄｉｃｈｌｏｒｏｐｈｅｎｏｘｙａｃｅｔｉｃａｃｉｄ）有抗性，但对更亲脂的生长素类似物１－ＮＡＡ（１－ｎａｐｔｈａｌｅｎｅａｃｅｔｉｃａｃｉｄ）则没有抗性［１０，１２］。由于１－ＮＡＡ比ＩＡＡ能更快向细胞内扩散，所以用１－ＮＡＡ处理可使ａｕｘ１突变体的向地性生长表型得到恢复；但２，４－Ｄ不行，原因是２，４－Ｄ虽然吸收速率与ＩＡＡ类似，但它不是生长素运出载体的良好底物［１２］。用生长素运入抑制剂ＮＯＡ（１－ｎａｐｈｔｈｏｘｙａｃｅｔｉｃａｃｉｄ）和ＣＨＰＡＡ（３－ｃｈｌｏｒｏ－４－ｈｙｄｒｏｘｙｐｈｅｎｙｌａｃｅｔｉｃａｃｉｄ）处理野生型（但不影响极性生长素运出载体或对１－ＮＡＡ的敏感性），可得到ａｕｘ１突变体同样的表型［１３］。ＡＵＸ１不仅在根的生长素向基性运输发挥作用，而且也在基于韧皮部生长素运输流的向顶性运输（向器官顶端运输）中发挥作用［１０］。与上述功能一致的是，ＡＵＸ１定位于根原生韧皮部细胞的基端质膜，它似乎在那里与顶端定位的运出载体结合在一起发挥作用［１１，１２］。１．２ＰＩＮ蛋白
１９９８年，四个研究小组同时分离出编码推定的生长素运出载体（ｅｆｆｌｕｘｃａｒｒｉｅｒ）或运出促进子（ｅｆｆｌｕｘｆａ－ｃｉｌｉｔａｔｏｒ）基因，其中ＰＩＮ１是第一个鉴定出的ＰＩＮ（或ＰＩＮ－ＦＯＲＭＥＤ）蛋白家族的一个成员［１４￣１８］。生长素在植物组织中的极性运输很大程度上应归功于高度调控
的、极性定位的运出载体复合体—ＰＩＮ蛋白家族［３，１９］。
ＰＩＮ是膜内在蛋白中的最主要的运出促进子家族成员，与其他生长素运输载体一起，在极性生长素运动中必不可少。在拟南芥中，ＰＩＮ家族的每一成员都表现独一无二的组织特异性表达模式，ｐｉｎ突变通常表现出与相应组织中失去定向生长素运输的生长表型［１４￣１８，２０￣２４］。
在说明ＰＩＮ蛋白的定位之前，有必要说明根中的顶－基方向与地上部分的芽的顶－基方向正好相反，因此将生长素向根尖（或器官）方向运输称向顶性运输。ＰＩＮ１主要定位于木质部薄壁组织细胞中，对茎芽组织中向基性及根组织中向顶性生长素运输是必不可少的［１５，２０］。ｐｉｎ１突变表现针状花序，降低花序轴中向基性生长素运输，并且维管组织发育缺陷［１５，２５，２６］。ＰＩＮ２／Ａ－ＧＲＡＶＩＴＲＯＰＩＣ１［ＡＧＲ１］／ＥＴＨＹＬＥＮＥＩＮＳＥＮＴＩＶＥＲＯＯＴ１（ＥＩＲ１）在根表皮组织的基部细胞的顶端定位，主要在根向地性中对生长素进行再分配［２７，１４，１６￣１８，２８，２９］。
并且降低根ｐｉｎ２／ａｇｒ１突变体表现根向地性生长表型，
中的向基性生长素运输［２７，１４，１６￣１８，２９］。ＰＩＮ３在茎芽内皮层
细胞、重力响应根柱及中柱鞘细胞中侧向定位，对向光性和向地性生长中的生长素再分配发挥功能（图１）。
降ｐｉｎ３突变体生长降低，减小向光性和向地性反应，
低黄化实生苗顶端弯钩的形成［２４］。ＰＩＮ４在根顶端分生组织静止中心下方，ＰＩＮ４依赖性的生长素运输对维持根中的生长素浓度梯度及确立生长素库发挥作用［２３］。ＰＩＮ７在顶－基生长素梯度的形成和保持及根的向顶性生长素运输中发挥作用，而顶－基生长素梯度是确立胚胎极性所必不可少的［２０，２２］。
在子叶和叶原基等地上组织中，器官的形成似乎取决于通过器官外层细胞的“反向喷泉”式的ＰＩＮ１依
图１拟南芥根尖ＰＩＮ蛋白定位与生长素运输示意图（ＱＣ：静止中心）
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热带农业科学赖性生长素流动。积累在原基尖部的ＩＡＡ会通过新分化成的器官维管组织，以一种定向的ＰＩＮ１依赖性运输流，重新取向或“排出”。在侧根的形成和保持中则以一种相似但方向相反的机制作用，ＩＡＡ会通过中央维管组织，以一种ＰＩＮ１依赖性生长素运输方式，在侧根分生组织中累积［２１］。对ｐｉｎ１、ｐｉｎ３、ｐｉｎ４和ｐｉｎ７单个或组合突变的分析表明，ＰＩＮ１、ＰＩＮ３、ＰＩＮ４和ＰＩＮ７蛋白在确立胚胎极性中一起发挥作用，并且在胚胎组织中表现功能简并性［２２］。
在拟南芥根中的ＰＩＮ功能分析表明，多种ＰＩＮ蛋白在调控生长素运输、向性生长及根端分生组织的维持中一起发挥功能。ＰＩＮ蛋白介导根中的两条主要的定向生长素流。一条是通过中央维管组织朝向根尖的“向顶流”，一条是流到根尖后出来并反转向上的，通过表皮的“向基流”。生长素的“向基流”是调控伸长区中的细胞扩大有重要作用［４，５］。对ｐｉｎ１、ｐｉｎ２、ｐｉｎ３、ｐｉｎ４和这些蛋白在根组织ｐｉｎ７单个或组合突变的分析表明，
中生长素的流出或回流的定向中集体发挥作用。ＰＩＮ１是ＩＡＡ通过维管向根尖运输的主要中介，并且与ＰＩＮ２、ＰＩＮ３和ＰＩＮ７一起在下层根中的邻近组织ＩＡＡ运输发挥作用［２０］。一旦到达根尖，生长素会通过皮层和表皮细胞，以ＰＩＮ２依赖性运输流再分配。在根的伸长区，ＰＩＮ２、ＰＩＮ３和ＰＩＮ７介导向基运输的生长素的侧向再定向或“回流”到ＰＩＮ１依赖性的中柱生长素运输流。重新定向后，生长素到达根尖，这个过程会重复下
［２０，２１］
去，产生一种“回流环路”。这样，从根上方的向顶流入的生长素及持续回流的生长素都使得静止中心的远
［４，５］
端生长素达到最大值（图１）。１．３ＰＧＰ蛋白
酸结合折叠（ｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ－ｂｉｎｄｉｎｇｆｏｌｄ，ＮＢＦ）。两部分之间通过长￣６０个氨基酸的联接子结构域相连，它赋予不同ＰＧＰ蛋白的差异［３３￣３７］。
１．３．１ＰＧＰ１和ＰＧＰ１９在输出生长素和介导生长素定向运输中发挥作用由于缺乏ＡＵＸ１／ＬＡＸ和ＰＩＮ蛋白直接介导生长素运输的明显证据，植物ＰＧＰ蛋白被认为是最有可能的候选生长素运输蛋白［３０，３１，３８］。拟南芥ＰＧＰ１是第一个鉴定的植物ＰＧＰ蛋白，它在广谱除草剂抗性中发挥作用［３９］。与生长素联系起来的原因是由于ＰＧＰ１过量表达的转化子下胚轴在弱光下伸长，与低浓度生长素处理野生型类似。而反义基因系则与生长素运输抑制剂如ＮＰＡ处理后降低伸长生长类似［４０］。其后，发现与ＰＧＰ１在种系发生关系上较近的一个同源基因ＰＧＰ１９／ＭＤＲ１破坏后可导致部分矮化，并降低下胚轴和花序中的生长素极性运输［４１］。ＰＧＰ１和ＰＧＰ１９／ＭＤＲ１基因缺陷会使拟南芥产生减少生长素运输和降低株高表型（ｐｇｐ１和ｐｇｐ１９），在玉米（ｂｒａｃｈｙｔｉｃ２［ｂｒ２］）和高粱（ｄｗａｒｆ３［ｄｗ３］）的ＰＧＰ１同源基因突变也会表现同样的表型［３８，４１，４２］。在拟南芥双突变体中，矮化表型尤为严重，表明ＰＧＰｓ具有重叠的、组织特异性功能［３８］。目前拟南芥中鉴定出２２个ＰＧＰ基因，其中２１个转录的基因，１个假基因［３２］。在化学渗透驱动的生长素运输系统的背景下，ＰＧＰｓ在生长素运出中的功能最好描述为ＡＴＰ激活的阴离子载体［２，３１］。ＰＧＰ１、ＰＧＰ２、ＰＧＰ４、ＰＧＰ１０和ＰＧＰ１９可与ＮＰＡ高亲和力结合复合体中纯化出来，因此获得ＰＧＰｓ在生长素运出复合体中作用的生化证据［２，３１］。这些复合体可从拟南芥质膜和微粒体部分离到的去污剂抗性膜（ｄｅｔｅｒｇｅｎｔ－ｒｅｓｉｓｔａｎｔｍｅｍｂｒａｎｅ，ＤＲＭｓ）微结构域中溶解出来。ＰＧＰｓ可同参与细胞运输和细胞胞吞作用的蛋白质从质膜部分中共纯化出来，也可同糖基磷脂酰肌醇（ｇｌｙｃｏｓｙｌｐｈｏｓｐｈａｔｉｄｙｌｉｎｏｓｉｔｏｌ，ＧＰＩ）锚定蛋白ＴＷＩＳＴ－ＥＤＤＷＡＲＦ１（ＴＷＤ１）和ＦＡＳＣＩＣＬＩＮ－ＬＩＫＥＡＲＡ－ＢＩＮＯＧＡＬＡＴＡＮＰＲＯＴＥＩＮ２（ＦＡＧＰ２）／ＦＡＳＣＩＣＬＩＮ２（ＦＡＳ２）共溶解出来［３８，４３］。其后从微粒体部分纯化出来的也包含ＰＩＮ１、ＰＩＮ２和ＴＩＲ３／ＤＯＣ１［２，３１］。在哺乳动物系统，ＧＰＩ锚定蛋白和ＰＧＰｓ都在保持发挥必不可少的作用，而质膜中富固醇ＤＲＭ微结构域又对多蛋白复合体的形成十分关键［４４，４５］。很可能ＰＧＰｓ在拟南芥中也发挥类似的功能，因为在ＤＲＭｓ中稳定生长素运出蛋
ｔ
白对极性生长素运输十分必要［２，３１］。ｏｒｃｓｍ（ｓｔｅｒｏｌｍｅｔｈｙｌｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅ）突变体中膜固醇的水平降低，细胞的极性和ＰＩＮ１及ＰＩＮ３在质膜中的定位也被破坏［４６］。向性表现水平高的拟南芥突变体ｐｇｐ１９，在用高浓度去污剂
ＡＴＰ结合盒（ＡＴＰ－ｂｉｎｄｉｎｇｃａｓｓｅｔｔｅ，ＡＢＣ）蛋白是在原核生物和真核生物中发现的一个大的基因家族，其于其结构特征，ＡＢＣ蛋白超级家族可分为若干个亚家族。目前ＡＢＣ蛋白大多数是膜蛋白，且在将不同种类范围的化合物以ＡＴＰ依赖性方式排出细胞质中发挥作用［３０，３１］。ＰＧＰ（Ｐ－ｇｌｙｃｏｐｒｏｔｅｉｎ）是在哺乳动物癌细胞系中首次鉴定出来的，其过量表达会赋予多药物抗性（ｍｕｌｔｉｄｒｕｇ－ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）给癌细胞系，从而以ＡＴＰ依赖的方式减少天然产物的药物在癌细胞系中的累积［３２］。在拟南芥和水稻中，ＰＧＰ亚家族是ＡＢＣ运输子组中最大的一组［３３￣３５］。如同在其他真核生物中一样，植物ＰＧＰ／ＭＤＲ（Ｐ－ｇｌｙｃｏｐｒｏｔｅｉｎ／ｍｕｌｔｉｄｒｕｇ－ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ－ｌｉｋｅ）基因编码的预测蛋白全长￣１２５０氨基酸残基，分子量为１２５－１４０ｋＤａ，包含两个相同的部分，每个部分由一个跨膜结构域（ｔｒａｎｓｍｅｍｂｒａｎｅｄｏｍａｉｎ，ＴＭＤ）和一个核
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ＴｒｉｔｉｏｎＸ－１００处理下胚轴后，ＰＩＮ１在其木质部薄壁细
胞定位错误，这表明ＰＧＰ１９有稳定质膜上生长素运出复合体的功能［４７］。用高浓度的去污剂处理后，ＰＩＮ１不会在ｐｇｐ１错误定位，但会在ｐｇｐ１９错误定位，这种效果也与ＰＧＰ１９介导的ＰＩＮ１复合体稳定一致。与在酵母和哺乳动物中ＰＧＰ介导的运输互为补充的是，最近有证据表明ＰＧＰｓ在完整的拟南芥组织和叶肉原生质体中介导生长素直接细胞运输，这些都说明ＰＧＰｓ不仅具有稳定生长素运出复合体的功能，而且也具有作为生长素运输子的功能［２，３１，４８］。
最近用整株、原生质体、异源表达系统的研究表明，ＰＧＰ１可直接对ＩＡＡ、合成生长素１－ＮＡＡ及ＩＡＡ氧化降解产物进行主动运输，但却不能运输哺乳动物ＰＧＰ的一般底物［４８］。ＰＧＰ１介导的运输对生长素运出抑制剂和ＡＢＣ运输子抑制剂敏感［３１］。用ｃｍｙｃ标签的基因组构件，ＰＧＰ１在芽和根顶端的小分生组织细胞中非极性表达，这个区域的生长素再扩散会抑制定向生长素运输。而在顶部以上，ＰＧＰ１以一种极性的方式，主要是在基部定位［４９］。在ｐｇｐ１９突变体中，表型观察和生长素运输的降低表明，ＰＧＰ１９功能与ＰＧＰ１类似。
但输出人工ｐｇｐ１９叶肉原生质体输出ＩＡＡ较ｐｇｐ１少，
合生长素１－ＮＡＡ却与野生型水平相当，显示两者对ＩＡＡ亲和性相似，但ｐｇｐ１９对１－ＮＡＡ的亲和性降低［４１］。ＰＧＰ１９功能破坏会大大减少叶肉原生质体向外输出ＩＡＡ，其中ｐｇｐ１ｐｇｐ１９＜ｐｇｐ１９＜ｐｇｐ１＜野生型［４８］。这些结果表明，ＰＧＰ１和ＰＧＰ１９以ＡＴＰ依赖性疏水阴离子载体发挥功能，在植物中和异源表达时具有输出生长素的能力［３１］。
１．３．２ＰＧＰ４作为生长素输入载体发挥作用ＰＧＰ４与ＰＧＰ１具有６０％的氨基酸序列同一性，主要在根发育中发挥功能［５０，５１］，可以早在初生根和侧根发育中表达［５０，５２］。Ｐｇｐ４突变体表现光依赖性侧根数目变化、降低线性的和向地性生长、促进根毛形成、降低ＮＰＡ生长抑制［５０，５１，５３］。Ｐｇｐ４突变体表现降低生长素向基运输、降低生长素向内细胞流入和改变自由生长素水平［５０，５１，５３，５４］。自由ＩＡＡ水平在根端和从中部下胚轴向根茎结合部的下胚轴部分降低。基因表达和免疫定位分析表明，ＰＧＰ４主要在侧根冠和表皮细胞中发挥功能。与ＰＧＰ１相似，ＰＧＰ４在根冠两侧的细胞中呈非极性定位，但在表皮细胞以上呈极性定位。ＰＧＰ４在远侧伸长区内的三层细胞内呈基向定位，而在表皮以上呈顶向定位。这种定位与其在向基性生长素运输再定向的功能一致，也与Ｐｇｐ４突变体观察到的表型一致。在对ＰＧＰ４异位过量表达植株的生长素运输和含量分析表
明，ＰＧＰ４在根冠中作为吸收库发挥作用［５１］。ＰＧＰ４和ＰＧＰ１在细胞的相对两极定位说明他们介导了生长素的吸收和运出耦合活性。异源表达研究表明，ＰＧＰ４是以ＡＴＰ依赖性输入载体发挥功能［３１］。１．３．３ＰＧＰ、ＡＵＸ１／ＬＡＸ及ＰＩＮ作用的关系关于ＰＧＰ、ＡＵＸ１／ＬＡＸ及ＰＩＮ作用的关系，Ｇｅｉｓｌｅｒ和Ｍｕｒｐｈｙ［３１］（２００６）提出互补模型（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙｍｏｄｅｌ）、加性模型（ａｄｄｉｔｉｖｅｍｏｄｅｌ）和协作模型（ｓｙｎｅｒｇｉｓｔｉｃｍｏｄｅｌ）来解释。互补模型是指生长素进入细胞是通过扩散、ＡＵＸ１或ＰＧＰ４类似物介导输入，而输出则是通过ＰＩＮ蛋白为特征的运出载体。由于在成熟组织中细胞较长，扩散不是一种限制性因素，可以用这种模型解释。但在分生组织中，细胞较小而生长素浓度较高，再扩散会抑制生长素极性运输，则不能用这个模型解释，非对称分布的运输子如ＰＧＰ应发挥必不可少的作用。加性模型中，ＰＧＰ、ＡＵＸ１／ＬＡＸ和ＰＩＮ蛋白在同一细胞中分别独立发挥功能；而在协作模型中，共同作为输入和运出载体，ＰＩＮ－ＰＧＰ配对提供生长素极性运输的特异性和方向性。ＰＧＰ１和ＰＧＰ１９可部分与ＰＩＮ１表达模式叠加，而在另一些组织中，ＰＩＮ２可与ＰＧＰ１和ＰＧＰ４表达模式叠加，显示协作模型可能更符合实际，但这需要分子生物学来确证。ｐｉｎ和ｐｇｐ发育表型分析显示，ＰＩＮ蛋白作为基本的运输载体，而ＰＧＰ!ｋａ等［５５］增加细胞的载入和卸载。但根据Ｂａｌｕｓ（２００３）提出的生长素运输的突触分泌模型，ＰＩＮ蛋白到达其极性定位是内吞小泡极性融合的结果而不是前提，很可能ＰＧＰ是主要的生长素运输子，而ＰＩＮ蛋白是矢量运输的调控子。
２细胞对细胞的生长素极性运输机制
极性生长素运输是指在从茎端幼嫩的、正在扩展的叶片合成的生长素泵入与植物维管系统相关的细胞纵列，然后向下运输到茎中，然后再至根和根尖中。极性生长素运输流是一条稳定的生长素向下运输路线，与韧皮部运输互为补充，可看作是一条在树体中向根尖运输生长素的高速路。极性生长素运输流具有令人印象深刻的自我修补能力［４］
为了能实现极性细胞对细胞的生长素运输，细胞不仅能累积生长素，而且也应以极性方式输出生长素。其中一种可能是通过质膜载体有效地输出生长素，但生理学试验未能证明这一点。使用生长素运输抑制剂的研究表明，包含ＰＩＮ蛋白的ＩＡＡ运出载体蛋白复合体不对称定位，小泡运动和细胞骨架的完整性对生长素运输和ＰＩＮ１的极性定位，以及生长素介导的生长和向性都是必不可少的［４］。最近Ｊüｒｇｅｎｓ及其合作者
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热带农业科学图２ＰＩＮ１在根细胞顶端质膜与内体之间的再循环示意图（Ｅ：内体；ＰＭ：质膜；黑点：生长素；小方框：ＰＩＮ１蛋白）［５５］
的研究表明，生长素载体是通过将生长素载入质膜产生的内体，以及内体产生的再循环小泡中来实现的。ＰＩＮ１不仅位于质膜，也位于内体和内体产生的再循环小泡中；此外，生长素运输抑制剂并不影响生长素运输本身，而是抑制ＰＩＮ１的再循环［５６，５７］。
有报道表明在离体条件下生长素可自动地在质膜产生的小泡中累积［５８－６０］。在活体条件下，生长素可通过在细胞顶端质膜中经历再循环的早期内体产生的分泌型小泡实现极性生长素运输，从而向细胞外以类似分泌状输出生长素。而且，很可能为了提高细胞对细胞的生长素运输极性，在一个细胞极由小泡再循环为基础的胞外分泌驱动生长素输出，与在相对的另一个细胞极的胞吞的生长素输入紧密联系。因此有两个生长素累积的小泡群才是合理的［６０］。对植物激素敏感的ＰＩＮ１小泡猜想位于一个细胞极，而对对植物激素不敏感的ＡＵＸ１小泡应位于相对的细胞极。这样，ＰＩＮ１和ＡＵＸ１与其说是生长素跨膜运输载体，不如说是小泡运输载体。ＰＩＮ１的活性是向沿分泌／再循环途径穿梭
［５５］
的内体和小泡中装载生长素（图２），而ＡＵＸ１也以类似的方式在相对的细胞一极进行再循环，该再循环对ＢＦＡ（ｂｒｅｆｅｌｄｉｎＡ，可阻断小泡向膜表面运送蛋白质）处理表现敏感［１０］。这两个小泡库可通过能动的内体和肌动蛋白细胞骨架整合在一起。事实上，免疫学研究表明，肌动蛋白纤维集聚成纵列，将正在伸长的细胞之间的顶端和基端联结起来［６１，６２］，而生长素就在质膜附近定位的小泡中累积［６３］。
!ｋａ等［５５］
在若干方面比较的基础上，Ｂａｌｕｓ（２００３）认为小泡介导的生长素极性运输与神经递质在突触小泡中的运输十分类似，生长素的极性运输应是一种与神经递质类似的分泌活动。首先，神经递质谷氨酸盐与生长素一样，都是氨基酸代谢的派生物，也是载入胞吞／循环突触小泡，并通过调控的胞吐分泌到突触凹陷中［６４］。其次，ＰＩＮ１、ＡＵＸ１蛋白及ＡＮＴ１氨基酸运输子
与神经递质运输子都是氨基酸运输子超级家族成员，
两者的再循环都是通过小序列具有同源性［６５，６７］。再者，
泡运输途径，其装载入小泡的动力都是由液泡（小泡）ＡＴＰ酶产生的质子梯度［５８￣６０］。Ｍｕｄａｙ等［６８］（２００３）也在
ＧＮＯＭ蛋白调控ＰＩＮ１在内体和质膜之间的循环的事实基础上认为，是小泡循环机制在控制生长素运输的极性。ＧＮＯＭ基因编码一种ＡＤＰ核糖基化作用因子－ＧＴＰ交换因子（ＡＤＰｒｉｂｏｓｙｌａｔｉｏｎｆａｃｔｏｒ－ＧＴＰｅｘｃｈａｎｇｅｆａｃｔｏｒ，ＡＲＦ－ＧＥＦ），ＧＮＯＭ基因缺陷会导致胚胎极性丧失及其后发育异常［５６，５７，６９］。ＡＲＦ－ＧＥＦ被认为是通过特异性招募决定小泡细胞定位的小泡蛋白质包被（包括ＣＯＰ１和网格蛋白包被）来决定膜运输小泡的目的地［７０，７１］。ＡＲＦ－ＧＥＦ也是抑制剂ＢＦＡ的靶蛋白［７０］。因此，对ＧＮＯＭ的研究可揭示蛋白质定位和总体植物极性之间的关系［６８］。Ｇｅｌｄｎｅｒ等［５７］（２００３）的研究表明，自内体向膜表面之间存在生长素运输蛋白的动态循环，这可能是在光和重力等不对称刺激条件下，生长素运输极性作出快速变化的机制，而ＧＮＯＭＡＲＦ－ＧＥＦ介导内体再循环、生长素运输和生长素依赖性生长。３生长素运输的调控
有证据表明生长素运输受生长素运出载体蛋白的内吞运输机制调控［６８］。质膜定位的ＰＩＮ１和ＰＩＮ３受质膜和内膜区室之间的快速的、肌动蛋白依赖性的内吞循环所调控［３，５６，５７］。当用膜运输抑制剂ＢＦＡ处理后，ＰＩＮ１、ＰＩＮ３和ＡＵＸ１可逆性地在发生内吞作用一侧的附近区室聚集［２４，５６，５７］。用竞争性生长素运出抑制剂ＴＩＢＡ（ｔｒｉｉｏｄｏｂｅｎｚｏｉａｃｉｄ）和高浓度的ＮＰＡ（１－Ｎ－ｎａｐｈｔｈｙｌｐｔｈａｌａｍｉｃａｃｉｄ）洗出ＢＦＡ，会导致ＰＩＮ１的持续内在化（ｉｎｔｅｒｎａｌｉｚａｔｉｏｎ），表明竞争性生长素运出抑制剂除了在质膜上抑制生长素排出外，还破坏运出载体蛋白的内吞运输［５６，７２］。ＰＩＮ１的正确定位和功能取决于ＧＮＯＭ／ＥＭＢ３０生长素反应因子ＧＤＰ／ＧＴＰ交换因子（ＧＤＰ／ＧＴＰｅｘｃｈａｎｇｅｆａｃｔｏｒ，ＧＥＦ），ＧＥＦ介导