硼虽在植物体内需求量小，但对植物发育极为关键，能强化细胞壁、促进根和芽生长。通常植物根部以硼酸形式被动吸收硼并扩散至植株各处，但土壤中硼含量稀缺，干旱地区尤甚，导致被动吸收受限，植物为此进化出主动运输硼的蛋白质。

在拟南芥中，蛋白质AtNIP5;1(一种硼酸通道)对硼主动吸收至关重要，不过它需精确定位在根细胞外表面(面向土壤)才能有效吸收硼，而植物维持这种定位的机制尚不明确。肌球蛋白XI是植物特异性运动蛋白，参与细胞内细胞器运输和细胞质流动。此前研究表明，它在将蛋白质和膜结合货物运送到精确目的地方面作用关键，那么它是否参与引导AtNIP5;1位置以调节硼运输呢?

近日，由日本早稻田大学富永元树教授领导的研究小组发现，运动蛋白肌球蛋白XI在拟南芥硼运输中起至关重要的作用。该研究发表于《植物生理学与生物化学》杂志，并于2025年4月17日在线发布，由早稻田大学学生刘海洋、千岛陆以及大阪都立大学研究员室圭太博士、教授高野淳平合作完成。

富永元树教授称，研究结果表明肌球蛋白XI如同输送系统，确保硼通道AtNIP5;1停留在细胞膜正确位置以便吸收硼，若无此运动蛋白，植物吸收硼能力会显著下降，导致生长发育不良。

为探究机制，研究团队使用缺失两种或两种以上肌球蛋白XI的转基因拟南芥植株。拟南芥原有13种肌球蛋白XI，研究人员选择XI-K、XI-2和XI-1(被认为是细胞质流动主要驱动力)进行双重(xi-k，xi-2)和三重(xi-k，xi-1，xi-2)基因敲除。

实验显示，突变植株在硼充足时生长正常，但在幼苗期硼缺乏条件下，表现出严重生长缺陷，根系明显较短、叶片较小，地上部组织硼含量显著降低。随着硼浓度增加，缺陷逐渐减弱，表明肌球蛋白XI功能与胁迫下硼吸收存在直接联系。显微镜分析表明，野生型植物中AtNIP5;1蛋白保持独特极性定位，集中在根细胞外膜;而肌球蛋白XI双重和三重突变体失去这种极性，AtNIP5;1分散在细胞表面或完全错误定位，研究小组推断这是植物吸收硼能力受损的主要原因。

此外，研究人员还发现，肌球蛋白XI突变体中内吞作用(帮助蛋白质进出细胞膜的细胞过程)显著受损，利用荧光染料标记和共聚焦显微镜证明肌球蛋白XI是植物根部膜蛋白正常内吞运输的必需物质。有趣的是，位于细胞内部并将硼运输至根部中心的AtBOR1受肌球蛋白XI缺失影响较小，这表明不同硼转运蛋白依赖植物细胞内不同运输系统，AtNIP5;1功能尤其依赖肌球蛋白XI。

为进一步验证发现，研究人员用化学抑制剂处理野生型植物，这些抑制剂可阻断肌球蛋白XI或破坏其沿其移动的肌动蛋白细胞骨架，结果AtNIP5;1均失去极性定位，与基因突变体观察结果相似。

这些发现揭示了肌球蛋白XI在低营养环境中硼获取过程的未知作用。虽研究聚焦模式植物拟南芥，但类似机制可能存在于水稻、小麦和玉米等作物中。未来研究可探索增强肌球蛋白XI功能或稳定AtNIP5;1定位能否提高缺硼土壤中的作物产量。在全球农业面临土壤退化问题的背景下，这些见解可用于培育更具韧性的作物。富永元树教授总结道，长期目标是利用这些知识培育或改造能更好耐受贫瘠土壤的植物，了解细胞内分子运输系统是迈向该目标的第一步。

更多信息： Haiyang Liu 等人，肌球蛋白 XI 通过维持硼酸通道 AtNIP5;1 的内吞作用和极性定位，在硼受限条件下参与硼的运输，发表于《植物生理学与生物化学》 (2025)。