7月16日，首都师范大学生命科学学院汪颖研究组和北京大学焦雨铃研究组合作在《细胞》（Cell）在线发表了题为“硼连接的GIPCs可稳定细胞壁锚定结构和PIN极性域”（Boron-bridged GIPCs stabilize cell wall anchoring and PIN polar domains）的研究论文。该研究揭示了植物必需微量元素硼通过与细胞膜脂质GIPC交联，将生长素极性转运蛋白PIN锚定于细胞壁，从而稳定其极性分布并保障生长素极性运输的完整分子机制。这项研究破解了植物营养学领域长达百年的“硼之谜”，并为理解植物发育与环境适应提供了全新的理论框架。

研究团队发现，硼通过形成可逆的硼酸酯键，广泛交联细胞膜上含量最为丰富的鞘脂GIPC。GIPC约占植物细胞膜脂质的25%–50%，其肌醇和糖基头部含有丰富的顺式二醇基团，为硼提供了充足的结合位点。通过质谱和¹¹B核磁共振分析，研究证实几乎所有GIPC亚型均可结合多个硼酸分子，从而在细胞膜与细胞壁之间构建物理连接。在质壁分离实验中，这种连接以郝氏丝的形式清晰可见；而当使用苯基硼酸竞争性抑制硼交联后，郝氏丝在数分钟内完全消失，证实了硼交联是细胞膜-细胞壁物理连续性的核心分子基础。此外，相关研究结果还说明GIPC不仅是细胞膜的结构组分，更是PIN蛋白极性锚定的直接分子伙伴。

在生理层面，该研究建立了从分子事件到发育表型的完整因果链条。在硼通道突变体nip5;1中，低硼条件下所有细胞膜定位的PIN蛋白的定位均显著减弱，根尖静止中心的生长素高点完全消失，根分生组织细胞数目减少。苯硼酸处理的野生型植株同样表现出根生长受抑、向重力性丧失和分生组织消耗等表型，与高阶pin突变体高度一致。在 pin1/3/4/7 四突变背景下回补任一PIN蛋白的转基因株系，经苯硼酸处理后仍出现严重的发育缺陷，表明硼交联是PIN蛋白功能的普遍需求，而非某一特定家族成员的特例。

超长链脂肪酸是GIPC的组成部分之一。通过遗传学手段干扰GIPC合成或超长链脂肪酸代谢，研究团队进一步验证了该通路在植物体内的生物学必要性。相关结果从遗传调控水平确立了GIPC及其超长链脂肪酸组分相对与PIN极性的上游关系。

该研究从分子层面回答了“硼为何是植物必需元素”这一百年科学问题，揭示了硼作为“分子胶水”将细胞膜锚定于细胞壁、进而稳定生长素转运蛋白定位的全新生物学功能。这一发现不仅为理解植物细胞极性建立的物理基础提供了范式转变，也为提高作物硼利用效率和应对土壤缺硼胁迫提供了精准的分子靶点。

首都师范大学生命科学学院汪颖教授和北京大学生命科学学院、北京大学现代农业研究院焦雨铃教授为论文共同通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京大学生命科学学院-启东产业创新基金、山东省自然科学基金的资助。

（来源：生命科学学院；作者：周昊；值班编辑：费烁雯、高塽；责任编辑：陈巍文）

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