北京大學最新Cell：破解百年謎題

撰文丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

硼（B）是植物必需的微量元素，其缺乏會損害全球作物產量。然而，硼到底在植物體內如何發(fā)揮作用，這個問題困擾了科學家超過一個世紀。

2026 年 7 月 16 日，北京大學焦雨鈴團隊聯(lián)合中國科學院大學/首都師范大學汪穎團隊（北京大學何明亮為論文第一作者）在國際頂尖學術期刊Cell上發(fā)表了題為：Boron-bridged GIPCs stabilize cell wall anchoring and PIN polar domains 的研究論文。

該研究揭示了硼元素在植物體內扮演的關鍵角色——它就像一種神奇的“分子膠水”，將植物細胞的質膜牢牢粘在細胞壁上，從而保證植物的正常生長發(fā)育。

一個世紀的“硼之謎”

早在 1923 年，科學家就發(fā)現(xiàn)硼是植物必需的微量元素。全球超過 100 種農作物的生產都離不開硼肥。然而，盡管經過了超過一個世紀的研究，硼到底在植物體內如何發(fā)揮作用，一直是個謎。

我們知道，植物細胞有一個特殊的結構：最外面是堅硬的細胞壁，里面緊貼著一層柔軟的質膜。正常情況下，這兩層結構緊密相連，但如果把細胞放在高濃度溶液中讓它“脫水”（即所謂的質壁分離），就能看到一些細絲把質膜和細胞壁連在一起——這就是著名的“郝氏絲”（Hechtian strands）。

這些絲到底是什么？它們是如何形成的？

“分子膠水”的發(fā)現(xiàn)

在這項最新研究中，研究團隊發(fā)現(xiàn)——答案就是硼！

硼通過形成可逆的硼酸酯鍵，廣泛交聯(lián)質膜上含量最為豐富的脂質分子——糖基肌醇磷酸神經酰胺（GIPC），形成可見的“郝氏絲”，將質膜和細胞壁物理連接起來。

為了證明這一點，研究團隊使用了一種叫做苯硼酸（PBA）的化學物質，它會搶走硼的位置，破壞硼的連接作用。結果令人震驚：僅僅處理 10 分鐘，那些原本清晰可見的“郝氏絲”就消失了，細胞質膜隨之完全脫離了細胞壁的束縛。

更神奇的是，當洗掉 PBA 后，這些連接還能恢復。這說明硼的連接是可逆的，就像魔術貼一樣，可以隨時粘上或解開。

那么，這種連接有什么用呢？

原來，植物體內有一種非常重要的蛋白質——PIN蛋白，它們負責指揮生長素的運輸。生長素控制著植物各個部分的發(fā)育。PIN 蛋白必須精確地定位在細胞的特定位置（極性定位），才能正確引導生長素的流向。

研究團隊發(fā)現(xiàn)，正是硼提供的“分子膠水”，把 PIN 蛋白牢牢固定在細胞膜的特定位置。如果破壞了硼的連接，PIN 蛋白就會像無頭蒼蠅一樣到處亂跑，失去方向感。

在實驗中，當使用 PBA 處理植物后，原本集中在特定區(qū)域的 PIN 蛋白迅速擴散到整個細胞膜上。更嚴重的是，這些 PIN 蛋白還會被細胞大量內吞降解，導致功能喪失。

PIN 蛋白與 GIPC 的特殊關系

那么，PIN 蛋白是如何被固定在細胞膜上的呢？

研究團隊發(fā)現(xiàn)，PIN 蛋白上有一個特殊的“把手”（鞘脂結合基序），可以直接抓住細胞膜上的 GIPC 分子，PIN 蛋白和 GIPC 直接結合，再通過硼的連接，最終被錨定在細胞壁上。這個“把手”在所有主要的 PIN 蛋白中都存在，而且從苔蘚到開花植物都非常保守，說明它在進化過程中非常重要。

當研究團隊把這個“把手”去掉后，PIN 蛋白就無法正確定位在細胞膜上，植物也出現(xiàn)了嚴重的生長缺陷——根變短了，對重力的感應也失靈了。

研究團隊進一步觀察到，缺硼植物的 PIN 蛋白定位混亂，生長素無法正常運輸，根系變短，而多個 PIN 基因同時突變的植物表現(xiàn)出幾乎一樣的癥狀！這說明，缺硼導致的生長問題，很大程度上是因為擾亂了 PIN 蛋白的正常功能。

該研究還發(fā)現(xiàn)，硼的這種“分子膠水”作用可能不僅限于 PIN 蛋白，另一種細胞膜蛋白 PIP2a 也同樣受到硼交聯(lián)的影響。這意味著，硼可能是通過這種方式調控多種細胞膜蛋白的定位和功能。

破解百年之謎

總的來說，這項研究表明，硼通過交聯(lián)糖基肌醇磷酸神經酰胺（GIPC），將植物細胞的質膜與細胞壁物理連接，通過脂質-蛋白質直接相互作用穩(wěn)定PIN蛋白的極性結構域，從而實現(xiàn)生長素的極性運輸。

這項研究不僅解開了硼元素功能的百年謎題，還為農業(yè)生產提供了重要的理論指導，硼就像一把鑰匙，打開了理解植物細胞結構與功能關系的大門。而這個發(fā)現(xiàn)，也將為未來的農業(yè)增產和植物科學研究開辟新的道路。

更重要的是，這項研究還揭示了一個全新的生物學機制：通過簡單的化學交聯(lián)，就能實現(xiàn)復雜的細胞結構和功能調控。這或許只是冰山一角，還有更多類似的機制等待我們去發(fā)現(xiàn)。

論文鏈接：

https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(26)00748-8