生物鐘調控細胞鈣離子節律振盪的分子機制

《生物鐘調控細胞鈣離子節律振盪的分子機制》是依託河北師範大學，由徐小冬擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：生物鐘調控細胞鈣離子節律振盪的分子機制
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：徐小冬
• 依託單位：河北師範大學

項目摘要

鈣離子作為植物生長發育中重要的第二信使已有廣泛的研究，但對於細胞內鈣離子近24小時晝夜節律性振盪調控機制的研究仍處於起步階段。生物鐘調控植物諸多生長發育過程，對於增強光合效率，增加生物量，提高植物抗逆性具有重要意義，鈣節律體現了生物鐘調控生理生化過程的節律性，在植物生長發育和適應環境過程中起到了重要作用。本項目從以下三方面內容著手研究：1.鈣離子節律振盪的生物鐘調控機制；2.節律性振盪鈣離子的細胞來源；3.鈣振盪對生物鐘負反饋調節。利用申請人在鈣和生物鐘領域多年的研究背景、專業知識和搭建的專門技術平台，試圖解碼鈣節律的幾個因素-鈣水平 (Level) ，周期 (Period) ，振幅 (Amplitude) 和相位 (Phase)在不同光照、溫度等條件下的產生機制、調控的分子機理。研究成果可能在植物對環境的適應性，植物發育和開花調控等領域有重要的理論價值和套用前景。

結題摘要

鈣離子做為信號轉導的信使分子在植物生長發育中已有廣泛研究，但細胞游離鈣離子近24小時晝夜節律性振盪機制的研究仍處於起步階段。生物鐘調控植物諸多生長發育過程，其中鈣節律體現了生物鐘調控生理生化過程的節律性，對植物體適應環境的能力起重要作用。本課題為了揭示生物鐘調控植物細胞質中游離鈣離子的近24小時節律振盪的分子機制，從以下三方面內容進行研究：1、鈣離子節律振盪的生物鐘調控機制；2、節律性振盪鈣離子的細胞來源；3、鈣振盪對生物鐘系統的負反饋調節。2010年度工作正式展開，主要內容是整合生物信息學資源，預測並獲取感興趣的基因突變體材料，該年度順利完成了突變體的篩選、雜交和鑑定工作，並轉入了鈣報告基因p35S:Aequorin以及生物鐘報告基因（pCCA1:Luciferase, pLHY:Luciferase, pTOC1:Luciferase），基本完成了鈣信號途徑和生物鐘相關基因的種子庫。2011年度工作則集中在對含報告基因種子庫的進一步建立（得到足夠的純合轉基因植株）和分析（測量突變體擬南芥鈣節律同時分析突變體生物鐘節律的參數），鑑定出若干鈣節律變化的突變體（鈣調素、質膜定位的Ca2+-ATPase等），並初步揭示影響24小時游離鈣離子振盪的產生和調控機制。2012年度除進行了鈣振盪模式的研究和改變鈣振盪模式對生物鐘的影響的研究外，我們設計了新型的鈣蛋白探針，基於LUC互補（The split luciferase complementation）和BRET（bioluminescence resonance energy transfer）工作原理，將其命名為Cabeacon，初步結果表明，新探針比Aequorin具有信號更強的優勢。利用該探針我們測量了光暗周期下細胞質和葉綠體的鈣濃度的周期變化，展現了良好的套用前景。此外生理學實驗結果表明鈣節律可以影響到開花時間調控基因FT的振盪模式。