蛋白质等生物分子以其固有的分子识别特性、自组装性质、基因可控性及易于放大等性能已成为构建功能性复合材料的理想模板。病毒是最简单的生物分子,包括衣壳蛋白和内部的基因组DNA或RNA。病毒本质上就是结构化的纳米粒子,其衣壳是由病毒基因组编码的衣壳蛋白亚基通过一定的方式有规律地聚集而成的。目前,纳米生物技术的发展和特异性无机结合短肽的应用,为新型复合材料的开发提供了新的思路。本课题以烟草花叶病毒U2株----烟草轻绿花叶病毒(tobacco mild green mosaic virus, TMGMV)的衣壳蛋白(coat protein, CP)为研究对象,考察其用于生物模板的可行性,根据其与TMV U1CP结构的相似性特点,对其进行重组外源分子的设计：一、将其第123位丙氨酸突变为半胱氨酸；二、在衣壳蛋白C末端融合表达特异性结合氧化铱等功能性半导体氧化物纳米材料的特异性结合多肽。突变后的第123位半胱氨酸残基为含硫氨基酸,可以与含羟基、羧基、巯基的敏化分子酰化或形成二硫键,从而连接所需的功能性分子；无机结合肽作为生物分子和功能性无机材料金属氧化物的桥梁和纽带,可以特异性的识别金属氧化物。将经过基因修饰的烟草轻绿花叶病毒外壳蛋白在大肠杆菌表达系统中进行诱导表达,考察其用于功能性生物模板的制备的可行性。首先,通过设计引物,采用定点突变方法,由聚合酶链式反应(PCR)扩增得到重组修饰的TMGMV-CP-IrO2基因,基因克隆到原核表达载体PGEX-4T-1中,得到末端携带有氧化铱无机结合肽编码基因的重组表达载体PGEX-4T-1/TMGMV-CP-IrO2。然后,转化大肠杆菌BL21(DE3)感受态细胞,使用IPTG作诱导剂,得到表达的GST/TMGMV-CP-IrO2蛋白。优化重组蛋白的表达条件,分析蛋白的表达形式,进行可溶性表达条件的探索。实验结果表明,融合蛋白在37℃时进行诱导培养,诱导剂IPTG终浓度为0.1mmol/L,培养时间为6h左右时表达量最大；但是在可溶性表达方面,探索了低温诱导、控制IPTG终浓度等36个诱导条件仍然不能得到大量的可溶性融合蛋白,因此推测该重组GST/TMGMV-CP-IrO2蛋白在实验条件下为包涵体表达,不具有可溶性。选择融合蛋白表达量最大的培养条件培养表达菌,提取包涵体并溶解在6mol/L的盐酸胍中,采用正向稀释复性法4℃低温复性过夜后转入浓缩杯,通N2浓缩至2ml,经过AKTATM purifier纯化,在洗脱体积为45ml处出现吸收峰,经SDS-PAGE和Western Blotting检测得到了GST/TMGMV-CP-IrO2融合蛋白。通过氧化铱纳米粉结合实验进行融合蛋白的功能鉴定,实验结果表明,与纯的GST蛋白相比,融合蛋白与纳米粉的结合效果明显；而融合蛋白与氧化铱和氧化钛纳米粉分别结合的实验表明这种结合的特异性不够强。用一定比例的凝血酶酶切GST/TMGMV-CP-IrO2融合蛋白,得到了用于构建功能性生物模板的目的蛋白——重组TMGMV-CP-IrO2。本课题研究是基于刚性致密的病毒衣壳蛋白,进行构建功能性生物模板的探索性工作,创新性地完成了将经过定点突变及重组功能性无机结合短肽设计的衣壳蛋白进行表达、纯化到功能鉴定的考察工作,方法及结果具有一定的参考价值,对旨在开发未来可应用于能源、生物医学及纳米电子学等领域的复合型功能材料的科学研究有积极意义。