稀土离子与玉米中心蛋白作用的化学研究

Rare earth elements have been widely used in agriculture，with good economic and social effect，however the chemical principle of rare earth corresponding biological effects has not reached completely an agreement. It had been reported that rare earth can promote metabolism and accelerate crop growth, and maize centrin may play an important role in cell division and cell differentiation. The program will clone maize centrin gene using the maize cDNA template, express and purify centrin with molecular biologic method. The interaction between centrin and rare earth will been monitored by fluorescence spectroscopy , UV spectroscopy, CD spectroscopy and monoclonal antibody technique. Studing the rare earth function of promoting crop growth from hastening cell cycle do provide the theory introduction for more effectively using rare earth in agriculture. Meanwhile, the interaction between centrin or truncated centrin and metal ions or target peptide will be monitored, and using the resonance light scattering and electrophoresis technique do study the self-assembly property of centrin, revealing the relation of structure and function, providing the theory introduction for plant centrin.

稀土在农业上的广泛使用已经带来了巨大的经济效应和社会效应，然而稀土微肥发挥生物效应的化学基础目前没有公认一致的机理。已有研究表明，稀土微肥能够促进新陈代谢，加速作物生长，而玉米中心蛋白是一种负责细胞分裂、分化的重要钙结合蛋白，本项目拟利用分子生物学方法，以玉米cDNA为模板，克隆玉米中心蛋白基因，构建重组表达载体后，IPTG诱导表达、纯化制备玉米中心蛋白，使用荧光光谱、紫外光谱、圆二色谱以及抗体技术研究其与稀土离子的相互作用，首次从促进细胞繁殖的角度阐明稀土微肥在农作物增产过程中的生物功能可能的化学机理，从而为更好地、更有效地使用稀土微肥提供理论指导。同时，第一次研究玉米中心蛋白以及N端、C端蛋白与金属离子、模拟靶肽等的相互作用，并通用荧光共振光散射和电泳技术研究玉米中心蛋白的金属依赖的聚集现象，揭示玉米中心蛋白的结构和功能关系，为植物中心蛋白的研究提供理论依据。

为阐明玉米中心蛋白在体内的作用方式，以及与稀土微肥作用的调控机理，从而为今后合理利用稀土微肥，达到提高玉米产量的目的，本项目主要以玉米自交系“郑58”为材料，经过三年的实施，主要形成了以下几个方面的成果：.1）克隆并表达了较纯的玉米中心蛋白的全长、N端截短、C端截短以及突变蛋白，将其通过质谱、分子量测定等进行了结果鉴定。.2）克隆了全长、N端截短、C端截短等过表达载体，将其通过花粉介导法的转基因方式导入玉米植株，获得了T1代转基因植株。构建的过表达载体导入玉米原生质体中进行亚细胞定位研究。.3）采用稀土离子Tb3+的敏感性取代Ca2+离子的结合性质，研究Tb3+与玉米中心蛋白作用初步对其化学性质进行了研究。.4）由于玉米生育期较长、转基因效率较低等因素的影响，为加速对中心蛋白功能的研究，同时构建了拟南芥（哥伦比亚野生型）的系列载体并进行了转化，获得了T2代的过表达转基因后代。为阐明中心蛋白的功能，采用talen载体分别构建了玉米、拟南芥的各6对中心蛋白基因敲除载体，通过农杆菌GV3101导入玉米、拟南芥植株中，目前拟南芥已经收获T1代嵌合体种子。.5）通过荧光定量PCR技术，对自交系玉米“郑58”生殖生长期的6种不同器官的中心蛋白表达量进行了分析。.6）为阐明玉米中心蛋白的作用通路，通过免疫大鼠制备了抗玉米中心蛋白的单克隆抗体，为今后酵母双杂交系统等研究蛋白在体内的相互作用奠定了基础。