模块组合式纳米探针设计合成及其在除草剂靶标研究中的应用

除草剂靶标发现是现代新型除草剂合理设计与合成的基础之一，建立快速简便的靶标定位和分离提纯方法对于当前新型除草剂发展具有促进作用。本项目拟采用模块设计和组合，合成系列新型多功能纳米探针，应用于除草剂靶标研究。探针功能区包括活性分子引导探头模块、连接链模块、磁性纳米粒子模块、以及附属的光亲和交联基团和炔-叠氮点击化学反应对。将这些模块适当组合，得到针对不同作用模式的多功能纳米粒子探针，具有与活体和离体体系中靶标蛋白选择性结合和光亲合固定的功能，用于靶标蛋白定位、磁性分离提纯、以及生物质谱分析，实现快速寻找和鉴定除草剂作用靶标。本项目以拟南芥组织和细胞为对象，以已知除草活性的生长素型抑制剂为活性分子引导探头，确定其靶标在植物组织中的分布并进行分析鉴定，同时验证和改进多功能纳米探针的实用性；以苯并噁嗪酮类化合物为引导探头，寻找其作用靶标。通过本项目的实施，建立快速简便的除草剂作用机制研究平台。

利用活性分子探针研究特异性作用靶标蛋白，在现代医药学研究中占有重要地位，但在除草剂靶标发现中的研究应用还鲜有报道。本项目基于模式植物拟南芥生长素受体TIR1蛋白，开展了一系列研究工作。这些研究工作包括：（1）生物材料获取，包括拟南芥植物培养，TIR1蛋白提取，.TIR1蛋白抗体制备和结合验证，TIR1蛋白克隆表达；（2）分子探针合成和性质研究，包括分子探针部件如光亲和交联基团、缀合功能基团、三功能连接链、活性分子化合物的设计合成；研究光亲和交联动力学，荧光探针的开关效应和动力学；（3）纳米探针的合成和性质研究，包括磁性纳米粒子的合成和蛋白分离研究，金纳米粒子探针的合成和性质，半导体量子点荧光探针的合成和应用；（4）拟南芥植物成像研究，包括采用多功能分子探针和量子点荧光纳米探针进行除草剂作用靶标TIR1蛋白的磁性分离提纯及其在拟南芥组织中的分布定位研究等。. 本项目研究达到了以下研究目标：（1）获得了TIR1蛋白单克隆抗体，得到稳定的磁性纳米粒子/TIR1蛋白单克隆抗体材料，从拟南芥根部组织蛋白提取液中实现了TIR1目标蛋白的磁性分离；（2）建立了拟南芥TIR1蛋白克隆表达方法；（3）采用模块设计和组合，设计合成了系列新型多功能纳米探针，探针功能区包括活性分子引导探头模块、连接链模块、磁性纳米粒子模块、以及附属的光亲和交联基团和环丙烯-四嗪点击化学反应对；荧光示踪模块分子包括BODIPY、罗丹明等分子部件，光亲和交联动力学常数达到k=0.0937 ± 0.0012s-1，点击化学反应荧光探针turn-on达到48倍/10 min；（4）应用合成的探针分子，采用先光亲和标记、后荧光turn-on示踪成像的研究策略，确定了TIR1蛋白在拟南芥组织的分布区域；采用荧光量子点探针，同样确定了TIR1蛋白在拟南芥组织的分布区域。这些探针具有模块组合特征，为今后开展除草剂靶标研究奠定了基础。. 本项目的研究发表SCI论文8篇；申请国家发明专利10项；培养毕业博士生3名，毕业硕士生15名；参加国际学术会议2人次，国内学术会议5人次；以本项目研究结果为基础，获得欧盟FP7框架项目一项（Integrated Nanodevices，NANODEV-Project No. 318524，项目总经费：38 万欧元；我方经费6.09 万欧元。