1、磷是植物生長(zhǎng)和發(fā)育過(guò)程中所必需的重要營(yíng)養(yǎng)元素。盡管其在地殼中含量豐富，但其中能被植物直接吸收利用的非常少，缺磷是作物產(chǎn)量受限的重要因素。為了提高作物產(chǎn)量而過(guò)量添加磷肥的傳統(tǒng)手段會(huì)引起經(jīng)濟(jì)成本增加和環(huán)境污染。
　　 植物自身會(huì)通過(guò)一系列的方式來(lái)適應(yīng)外界缺磷環(huán)境，包括根系構(gòu)型的改變，提高高親和磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)體的表達(dá)，調(diào)節(jié)代謝以維持細(xì)胞內(nèi)的磷動(dòng)態(tài)平衡，以及誘導(dǎo)分泌磷酸酶和有機(jī)酸來(lái)利用有機(jī)物形式中的磷。對(duì)植物磷饑餓信號(hào)機(jī)制的深入研究，將引導(dǎo)

2、人們用分子手段去改善作物適應(yīng)缺磷環(huán)境，在生產(chǎn)應(yīng)用上極具指導(dǎo)意義。本研究通過(guò)對(duì)水稻SPX-MFS家族的基因克隆和功能分析，揭示了水稻SPX-MFS1基因在植物葉片磷動(dòng)態(tài)平衡中扮演重要角色。
　　 在植物中含有SPX結(jié)構(gòu)域的蛋白可以被分為4個(gè)家族，其中SPX, SPX-EXS，SPX-RING三個(gè)家族的基因都陸續(xù)被報(bào)道參與植物無(wú)機(jī)磷酸鹽的運(yùn)輸或者參與磷信號(hào)通路的調(diào)控。但SPX-MFS(Major Facility Superfami

3、ly)家族的功能依舊不為人所知。對(duì)OsSPX-MFS家族的基因結(jié)構(gòu)分析，我們發(fā)現(xiàn)OsSPX-MFS1和OsSPX-MFS2的基因序列上含有osa-miR827的結(jié)合位點(diǎn)，表明這兩個(gè)基因是osa-miR827的靶基因，能夠受到其調(diào)控。蛋白序列比對(duì)顯示OsSPX-MFS1和OsSPX-MFS2的同一性和相似性最高，表示這兩個(gè)基因的功能可能最為相似。
　　 跨膜結(jié)構(gòu)域分析顯示OsSPX-MFS家族蛋白的SPX結(jié)構(gòu)域位于胞質(zhì)溶液外，而M

4、FS結(jié)構(gòu)域擁有10個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域定位于膜上。進(jìn)一步的亞細(xì)胞定位結(jié)果顯示，OsSPX-MFS家族蛋白在細(xì)胞內(nèi)都定位于液泡膜中，MFS結(jié)構(gòu)域控制蛋白的定位情況。
　　 通過(guò)基因表達(dá)分析發(fā)現(xiàn)，OsSPX-MFS1和OsSPX-MFS3的表達(dá)受缺磷抑制，而OsSPX-MFS2受缺磷誘導(dǎo)。磷濃度梯度實(shí)驗(yàn)顯示這些缺磷響應(yīng)起始于不同程度的缺磷狀況，并且隨著缺磷程度的加重其表達(dá)水平的變化更加明顯。時(shí)間周期實(shí)驗(yàn)也揭示出這些基因?qū)θ绷椎捻憫?yīng)是緩慢而漸

5、進(jìn)的。
　　 在OsPHR2超表達(dá)株系中分析OsSPX-MFS家族基因表達(dá)水平，發(fā)現(xiàn)osa-miR827-OsSPX-MFS1/2通路受到水稻磷信號(hào)的核心轉(zhuǎn)錄因子OsPHR2的調(diào)控。
　　 進(jìn)一步，我們?cè)趏sa-miR827超表達(dá)株系和OsSPX-MFS1插入突變體mfs1中，觀察到一系列磷饑餓誘導(dǎo)基因的誘導(dǎo)水平受到了削弱，比如OsSPX1，OsPAP10a，OsIPS1，OsACP以及部分OsPT基因。由于含有MFS結(jié)

6、構(gòu)域的蛋白常與轉(zhuǎn)運(yùn)特定底物有關(guān)，我們懷疑OsSPX-MFS基因可能會(huì)參與磷相關(guān)離子的轉(zhuǎn)運(yùn)。為此，我們分析了osa-miR827超表達(dá)材料和mfs1突變體材料的有效磷含量，發(fā)現(xiàn)材料中的有效磷含量在地上部顯著增加。對(duì)不同葉片中磷含量進(jìn)行分別測(cè)定后，我們確定了這種磷含量的增加主要來(lái)自老葉中有效磷含量的積累，在新葉中這種差異并不明顯。
　　 為確定OsSPX-MFS1基因?qū)α紫嚓P(guān)離子具有轉(zhuǎn)運(yùn)能力，我們分別使用缺失酵母高親和磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)子的