细胞分裂素是一类调控植物生长发育的重要激素，在促进细胞分裂、延缓植物衰老、增强逆境适应等过程中发挥关键作用。细胞分裂素生物学功能依赖于其在体内的精准时空分布，而细胞膜上的转运系统在该过程中发挥了重要作用。2025年4月11日，中国科学技术大学孙林峰/刘欣团队联合香港中文大学（深圳）竺立哲团队在Nature Communications期刊发表题为“Structural basis of cytokinin transport by the Arabidopsis AZG2”的研究论文，报道了拟南芥细胞分裂素转运蛋白AZG2的三维结构，揭示了其底物识别与动态转运机制，为深入理解植物细胞分裂素的运输及其未来农业应用奠定了基础。

AZG家族蛋白是植物中重要的嘌呤类与细胞分裂素转运蛋白。拟南芥AZG2定位于质膜与内质网膜，负责调控侧根原基等局部组织的细胞分裂素分布。孙林峰/刘欣团队首先通过小分子结合实验发现，AZG2对腺嘌呤和多种细胞分裂素具有较高亲和力（微摩尔级），而对细胞分裂素合成前体无结合能力。通过基于放射性同位素的转运实验证实，AZG2能够介导腺嘌呤和细胞分裂素的转运，且其转运过程对质子浓度梯度的依赖性较弱，区别于其同源蛋白AZG1。随后，团队利用冷冻电镜技术，解析了AZG2 在无底物结合、与腺嘌呤结合，以及与一种细胞分裂素（反式玉米素tZ）结合的三种不同状态下的高分辨率结构。通过结构分析，团队鉴定了AZG2参与细胞分裂素结合的关键位点，并通过一系列生化实验和分子动力学模拟（由竺立哲团队完成）进行了验证。特别的是，通过解析AZG2在不同pH条件下的结构，团队捕捉到其两种关键构象——向胞质一侧开放状态与双向关闭状态，生动揭示了AZG2介导底物跨膜运输的动态机制。据此，研究团队提出了AZG2介导细胞分裂素跨膜运输的“电梯式”转运模型。

本研究系统阐释了AZG2蛋白在细胞分裂素转运中的结构基础，揭示其广谱底物识别与结合的分子机制，不仅为理解细胞分裂素跨膜递送及其亚细胞水平分布提供了关键理论依据，也为靶向AZG2蛋白的植物生长调节剂设计与筛选提供了结构基础。

中国科学技术大学生命科学与医学部博士研究生魏宏、博士后杨智森、香港中文大学（深圳）刘慧慧和中国科大已毕业博士生应伟为该论文的并列共同第一作者；中国科学技术大学生命科学与医学部孙林峰教授、刘欣副教授和香港中文大学（深圳）医学院、瓦谢尔计算生物研究院竺立哲教授为该论文的共同通讯作者。中国科学技术大学冷冻电镜中心高永翔博士为冷冻电镜数据收集提供了支持和帮助。研究获得了国家自然科学基金、安徽省自然科学基金、合肥综合性国家科学中心大健康研究院前沿交叉科学与生物医学研究所、中国科学院战略性先导B类专项、中央高校基本科研业务费、中国科技大学双一流科研基金、深圳市科学技术创新委员会科研项目等支持。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-58802-6#Sec24