磷是水稻（Oryza sativa）生长发育所必需的第二大营养元素。土壤中的能被植物吸收的无机单磷酸（Pi）含量有限,为了保证水稻产量往往会使用磷肥。然而,磷肥的过度使用会造成水体富营养化,破坏生态环境。深入挖掘水稻磷高效吸收利用相关的基因并研究他们相互作用的分子机制,对于粮食增产和环境保护具有重要的理论意义和实际应用价值。植物可以适应低Pi的生长环境,维持细胞内的磷稳态。当细胞Pi缺乏时,大量磷饥饿诱导基因（PSI genes,Pi starvation-induced genes）被激活表达。大多数的磷饥饿诱导基因启动子区域都有含有P1BS（PHR1-binding sequence）顺式作用元件。低磷时,植物的PHR（Phosphate Starvation Response）蛋白可以结合到PSI基因启动子的P1BS元件上,激活磷饥饿诱导相关基因的表达。细胞内Pi充足时,多磷酸肌醇合成增加。水稻的SPX（SYG1/Pho81/XPR1）蛋白结合多磷酸肌醇并直接与PHR2相互作用抑制其与DNA的结合,从而负调控磷饥饿响应。然而,水稻SPX蛋白感应多磷酸肌醇信号进而抑制PHR2的DNA结合活性的分子机制尚不清楚,本论文综合运用生物化学与生物物理等手段,对该分子机制进行研究,取得的进展如下:1.本文解析了水稻PHR2的MYB结构域与P1BS元件的复合物晶体结构,分辨率为2.7?。PHR2MYB-P1BS复合物晶体结构显示,两个MYB结构域分子通过?3螺旋结合到同一个由P1BS的回文序列形成的大沟中。凝胶迁移实验（EMSA）表明MYB结构域中的K292,S293和Q296氨基酸残基对于PHR2特异性识别P1BS基序非常重要。2.本文解析了Ins P6-SPX21-202/?47-59-PHR2225-362/C-His三元复合物晶体结构,分辨率为3.11?。该复合物晶体结构显示,SPX2形成了结构域交换的二聚体构象。两个Ins P6分子结合在SPX2二聚体形成的两个口袋中。两个PHR2单体蛋白通过MYB结构域和CC结构域与SPX2二聚体相互作用。AUC和SAXS实验表明,溶液中的Ins P6-SPX2-PHR2复合物状态和晶体结构中的状态是一致的。3.氧化交联实验证明SPX2在溶液中形成了结构域交换的构象。SPX2蛋白的SPX结构域这种构象与之前解析的SPX结构域构象不同,是一种新的构象。SPX1,Sc VTC4,Ct VTC4,Ct Gde1和Hs XPR1蛋白的SPX结构域为单体形式。比较分析这些蛋白的SPX结构域三维结构和氨基酸序列可以发现:Sc VTC4、Ct VTC4、Ct Gde1、Hs XPR1和水稻SPX1蛋白的SPX结构域中?3和?4中间是一段柔性区域。这段柔性区域使得?3和?4的走向相反,从而使它们的SPX结构域形成单体。而SPX2对应这段区域则形成了连续的?长螺旋结构,从而使SPX2以domain-swapped构象形成二聚体。4.PHR2的MYB结构域和CC结构域均与SPX2二聚体存在相互作用。Pull-down实验表明,这两个界面对于SPX2二聚体与PHR2蛋白相互作用都是必须的。将PHR2-DNA的复合物和Ins P6-SPX2-PHR2复合物结构叠加可以看出,SPX2对PHR2MYB与DNA结合产生空间位阻,并通过打破PHR2的CC结构域寡使PHR2失活。综上所述,本文解析了水稻SPX2感知磷酸肌醇信号进而抑制PHR2转录活性的分子机制,可能为选育磷高效吸收利用的水稻品种提供参考。