拟南芥钙依赖蛋白激酶(CPKs)的结构与活力调控机制研究的任务书.docx

拟南芥钙依赖蛋白激酶(CPKs)的结构与活力调控机制研究的任务书
任务书
一、研究背景及意义
拟南芥（Arabidopsisthaliana）是被普遍接受的模式植物。它是一种小型、高生长速度、基因组已被完全测序、容易进行遗传转化和后传基因操作的植物。拟南芥被广泛用于生物技术、基因组学、生理学、生态学和繁育等领域的研究。
拟南芥钙依赖蛋白激酶（CPKs）是一类依赖于Ca2+的蛋白激酶，在植物的细胞内发挥着重要的信号传递功能。CPKs的激活可以通过与Ca2+结合来实现，并且在多种环境胁迫或生理过程中发挥着至关重要的作用。CPKs的调控机制是一个关键的研究领域，虽然对CPKs的功能和结构有一定的了解，但对于它们在植物细胞内的耦合、激活和分子识别机制的了解还很有限。因此，对于CPKs的详细结构和活力调控机制的研究有着重要的理论与应用价值。
二、研究课题简介
该研究课题旨在通过生物化学、分子生物学和结构生物学的方法，研究拟南芥CPKs的结构和活力调控机制，并揭示CPKs在植物细胞内信号传递和生理过程中的作用。具体研究内容和任务如下：
1.制备纯化CPKs蛋白
通过重组蛋白表达技术和纯化方法，制备拟南芥CPKs的纯化蛋白。使用组蛋白亲和层析、离子交换和大小净化技术，能够得到高纯度的CPKs蛋白。
2.测定CPKs的结构
利用X射线晶体学技术，测定CPKs的晶体结构，揭示其分子结构和作用机制。通过晶体结构模拟和计算机模拟技术，解析CPKs的功能区域和激活机制，进一步揭示CPKs与钙离子相互作用的机制。
3.研究CPKs的活力调控机制
通过生物化学技术和蛋白质工程技术，研究CPKs的各种活性修饰和激活机制。该研究旨在揭示CPKs的自身活力调节机制、其对细胞环境和胁迫反应的适应性机制以及活化因子对CPKs活性的可逆调节机制。
4.探究CPKs在植物生理过程中的作用
通过基因工程及组学技术，探讨CPKs在植物生长和逆境应对、病害防御等生理过程中的作用机制。深入探究CPKs与其他信号分子、激素、基因和代谢物之间的协同作用和调控网络，有助于为CPKs的功能解析提供参考和依据。
三、研究方法和技术路线
本研究是从基础生物学的角度出发，采用多种技术手段进行综合研究和系统解析。主要研究技术路线如下：
1.蛋白表达、纯化和结晶
使用大肠杆菌表达技术进行CPKs的重组蛋白表达。利用筛选方法选出高表达、可溶性的表达体，经过Ni-NTA琼脂糖柱等离子体过程进行纯化，制备高品质CPKs蛋白。使用机械和化学结晶技术进行晶体生长，获取高质量晶体。
2.X射线晶体学测定结构
利用高能同步辐射探测器，测定CPKs的晶体结构。通过自行开发的结构及动力学分析软件对蛋白晶体结构进行解析。
3.生物化学和分子生物学技术
采用分子生物学方法制备CPKs的各种重组蛋白或突变体，构建各种活性的表达载体。通过酶联免疫吸附实验、荧光共振能量转移等手段测定蛋白质活性和分子电子结构变化。
4.基因工程和组学技术
使用基因克隆和转化技术，从拟南芥中挑选具有不同CPKs表达异构的突变体或转基因株系，研究CPKs在植物各种生理过程中的作用机制。通过多组学技术分析突变体和转基因植株的表型、代谢物组成及其改变规律，探讨CPKs与植物其他分子的交互作用。
四、预期成果和意义
预期成果：
1.成功制备拟南芥CPKs的高质量重组蛋白和蛋白晶体。
2.测定CPKs的晶体结构，揭示分子结构和作用机制。分析CPKs与钙离子的相互作用、调控机制及其对其他分子的互动。
3.研究CPKs的活力调控机制，揭示不同的模式功能及其规律，并跨越细胞层次研究机制。
4.深入探究CPKs与植物各种生理过程之间的作用机制和调控网络，并解析CPKs与其他相互作用的信号分子之间的关系。
意义：
本研究为CPKs功能和结构的进一步解析分子生理和分子生态领域奠定了基础，有助于推动拟南芥及其它模式植物的发展，为新型抗病害作物和现代农业提供科学依据。同时，本研究成果对于快速识别和评估其他类蛋白的重要调节模式和功能规律也具有启发性。