生长素转运蛋白PIN进化揭示生长素推动的开花植物起源进化

来源：植物生物学

在植物进化历程中，为了适应不断变化的环境，从十五亿年前最早产生的形态结构单一的绿藻逐步进化产生现今种类繁多，形态结构复杂的开花植物。由于开花植物具有花器官等特有结构，使其具备快速繁殖能力，所以逐步取代它们的祖先成为地球上的优势物种，目前开花植物占据了绿色植物百分之九十以上的种类。开花植物的形态建成严格受到生长素的调控。生长素主要通过生长素转运蛋白PIN在植物不同组织区域建立起浓度梯度，从而精确调控开花植物形态建成及器官发育。开花植物拟南芥PIN缺失突变体表现出严重的形态及器官发育缺陷。虽然已知PIN蛋白在开花植物中的功能极为重要，但是该类生长素转运蛋白经历了怎样的进化历程，以及其进化如何塑造了生长素介导的开花植物形态建成依然不清楚。

近日，奥地利科学技术研究所（Institute of Science and Technology, Austria）Jiří Friml课题组在Science Advances发表了题为Functional innovations of PIN auxin transporters mark crucial evolutionary transitions during rise of flowering plants的研究论文，该项研究首次揭示了生长素转运蛋白PIN在植物进化历程中经历了多次阶梯式的功能革新，这些功能革新分别推动了开花植物根茎，花序以及花器官三大植物组织的形态建立。

A three-step functional innovation of the polar auxin transporter PIN are associated with the patterning formation of flowering plants.

综上所述，通过对生长素转运蛋白PIN同源基因家族系统性的生物学功能研究，阐明了生长素转运蛋白PIN在进化过程中的阶梯式功能革新参与了生长素浓度介导的开花植物形态建立，证明了生长素转运蛋白PIN家族的进化与开花植物进化起源密切相关。这也为进一步揭示不同PIN的序列差异如何影响其生长素转运活性差异，为未来控制生长素浓度积累进而定向改造开花植物形态发育提供了借鉴意义。