生物矿化是生物体沉积矿物质并因此形成生物硬组织,如骨骼,贝壳等过程。其中,软体动物中的贝类和螺类的壳是一种典型的生物矿化产物。其主要成分由CaCO₃晶体,基质蛋白和其他生物分子复合物组成,相比于纯矿物结构,贝壳表现出更卓越的硬度和强度。贝壳中有机质的含量虽仅占不到5%的比例,但贝壳中的有机基质,特别是贝壳基质蛋白被认为直接参与碳酸钙晶体的成核,多态性,取向和形态生长。目前,越来越多贝类的贝壳基质蛋白质（shell matrix protein,SMP）在组学水平得到阐述。同时,在研究中发现,贝壳内部不同微观结构层次在SMP的组成方面存在差异,表明贝壳内不同的结构层次可能是由不同的SMP指导形成。翡翠贻贝贝壳主要文石型碳酸钙晶体组成,其贝壳微观结构主要包括珍珠质层和肌棱柱层两类,与其他贝类的贝壳微观结构相比,翡翠贻贝贝壳具有结构简单,碳酸钙晶型单一的特点,因此是研究贝壳形成机制的极好材料。为深入了解翡翠贻贝的贝壳微观结构及SMP组成,采用傅里叶红外光谱,扫描电子显微镜,X射线衍射等方法对其不同壳层结构进行观察。通过转录组与蛋白质组学相结合的方法,开展了翡翠贻贝贝壳基质蛋白质的组学分析,以探明翡翠贻贝不同微观结构层次中的蛋白质分子组成特点。贻贝的肌棱柱层是肌肉与贝壳连接的主要部位,但对于来自肌棱柱层中特有的SMP如何在生物矿化中以及肌肉-贝壳界面发挥作用,目前尚不明确。为探究肌棱柱层SMP在贝壳的形成与发育过程中的调控作用,我们对厚壳贻贝肌棱柱层特有的含PDZ结构域的Whirlin-like protein（WLP）和含有CH结构域的Transgelin-like protein 1（TLP-1）蛋白开展了重组表达、功能探究和定位分析等研究,以探讨WLP与TLP-1在贝壳的生物矿化中,特别是肌棱柱层中的作用。以上研究结果显示,翡翠贻贝壳具有两个不同的矿物层,即肌棱柱层和珍珠质层,具有相同的文石碳酸钙多晶型。用Illumina测序,研究了翡翠贻贝外套膜转录组,总计获得69,859个单基因。进一步采用蛋白质组/转录组学相结合的方法,鉴定了来自翡翠贻贝壳的总共378种壳蛋白,其中具有超过两个肽段的SMPs 132种。在132种壳蛋白中,珍珠质层独有69种,肌棱柱层独有12种,两者共有51种。厚壳贻贝WLP和TLP-1基因均在后闭壳肌和外套膜有较高的表达水平。重组表达的厚壳贻贝WLP和TLP-1在体外对碳酸钙晶体的形态变化、多晶型变化、结合能力和结晶速率的抑制均发挥了作用。利用免疫组化和免疫荧光分析,分析了WLP和TLP-1在厚壳贻贝外套膜、后闭壳肌以及肌棱柱层的分子定位,表明WLP和TLP-1在生物矿化和后闭壳肌-贝壳连接界面中具有多种功能。pull-down实验的结果显示,壳中存在多种与WLP和TLP-1具有相互作用的蛋白网络。上述研究一方面从翡翠贻贝贝壳不同微观层次的结构组成、外套膜组织转录组、翡翠贻贝贝壳的蛋白质组学获得系统的研究数据,并为后续贝壳基质蛋白质对贝壳不同结构层次的调控作用机制奠定了基础。另一方面,上述研究为探究贻贝贝壳的生物矿化机制提供了线索,也为基于WLP和TLP-1的后续蛋白质工程研究奠定了基础。