近日，williamhill英国官网海峡联合研究院徐通达教授团队在《发育细胞》Developmental Cell期刊发表了题为TMK-PIN1 drives a short self-organizing circuit for auxin export and signaling in Arabidopsis (TMK和PIN1形成最小化的自组织回路协同调控生长素外排与信号转导) 的研究论文，揭示了生长素信号传导与极性运输的自组织机制和植物稳健发育的深层调控逻辑。
自组织性(Self-organizing)是生命体系调控的基础特征之一。在植物发育过程中，自组织机制不仅调控器官的自主形成（如叶片螺旋排列、花器官对称建立），也介导对环境适应的可塑性生长（如损伤后维管组织的再生重建）。这些过程均受到激素生长素的精确调控。
生长素通过细胞间的极性运输建立空间浓度梯度，其分布模式由质膜定位的PIN家族转运蛋白的极性定位所决定。虽已有实验与理论模型支持“生长素通过引导自身运输实现空间模式自组织调控”的假说，但关于其生长素系统如何实现自组织调控、以及生长素如何调控PIN蛋白介导自身极性运输的机制仍缺乏直接证据与清晰阐释。
该研究揭示了生长素信号感知与运输的核心耦合机制：生长素转运蛋白PIN1与受体激酶TMK在细胞膜上形成“感知-转运”二元复合体，且该复合体的组装受生长素直接诱导。综合生化、细胞及遗传学证据表明，生长素通过TMK激酶磷酸化修饰PIN1，从而精确调控PIN1的极性分布与转运活性；而磷酸化激活的PIN1通过外运生长素，进一步强化TMK信号通路，在空间布局上形成自我强化“生长素-TMK-PIN1”正反馈循环。该回路驱动从细胞伸长到器官形成等关键发育过程。研究最终阐明，生长素通过整合其信号感知(TMK)与极性运输(PIN1)两大核心模块，构建了一个自组织调控系统，从而维持植物发育的程序与秩序。
williamhill英国官网海峡联合研究院合成生物学研究中心(合成中心)黄荣峰副教授(右1)、已毕业硕士王佳铖和已毕业博士常明增(最后一排左6）)为论文共同第一作者。williamhill英国官网合成中心徐通达教授(前排右1)和黄荣峰副教授为论文的共同通讯作者。该项研究得到了国家重点研发计划项目(2023YFA0913500)、国家自然科学基金(32130010、3241101698、32070309 和 32470276)以及williamhill英国官网和中国科学院分子植物科学卓越创新中心启动经费等项目的联合资助。
作者简介：
1.合成生物学研究中心徐通达教授（通讯作者）简介：
徐通达：教授，博士生导师，国家级高层次人才，中国植物生理和分子生物学学会常务理事，2022年中国科技青年奖、2020年CSPB杰出青年科学家奖，福建省五四青年奖章。目前已经在Cell，Science，Nature等国际一流学术期刊发表文章20余篇。主要研究生长素在植物发育过程中的细胞命运决定机制。
2.合成生物学研究中心黄荣峰副教授（第一作者）简介：
黄荣峰，博士毕业于中国科学院大学，福建省高层次人才。近年来在PNAS、Plant Cell等期刊上发表论文，主持国自然面上项目2项。主要研究激素和营养对植物生长发育的协同调控机制。