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OsPHR2属于MYB家族转录因子,是水稻缺磷响应的中心调控因子,缺磷条件下诱导一系列缺磷信号基因的表达。已有研究报道水稻体内的SPX蛋白能够作为OsPHR2的抑制因子,抑制植物的磷饥饿响应。本研究着重揭示水稻中SPX家族的SPX4和SPX6协同调控水稻的磷信号和磷平衡的机制。研究发现SPX4的转录水平不受外界磷浓度的影响,而SPX6的表达受缺磷诱导且恢复供磷后表达水平迅速回落。SPX6的启动子含有3个P1BS顺式元件,PHR2能与三个位点结合从而直接调控SPX6对不同磷浓度的响应过程。SPX4在植物各个组织都有表达,而SPX6在植物的根中主要在主根和侧根的生长点表达。亚细胞定位实验证明SPX4和SPX6都属于核质共定位蛋白,两者的区别为SPX4在核仁没有定位而SPX6在核仁有明显定位。研究发现SPX4蛋白的C端173-199之间的氨基酸序列对于SPX4的进核是必须的。SPX4蛋白在缺磷条件下加速降解,且根和叶中蛋白降解趋势基本一致,进一步研究证明SPX4的降解主要依赖于植物体内的磷浓度,同时发现SPX4蛋白的稳定性跟C端具有很大的关系。SPX6蛋白行为与SPX4蛋白存在较大差异,叶片SPX6蛋白表现为缺磷降解,根中则受缺磷诱导。超量表达SPX4造成水稻叶片磷浓度显著下降,根中无机磷积累,破坏植物体内的磷平衡,抑制植物生长。SPX6超表达同样也对水稻的生长造成影响,导致叶片的磷浓度下降。SPX4和SPX6的超表达植株还影响了植物的缺磷响应。通过TALEN技术获得了spx4和spx6突变体,分别获得了SPX4蛋白175位点和177-179位点保守氨基酸缺失的突变体,SPX6在SPX结构域的第二个和第三个亚结构域之间81-84位点四个氨基酸缺失的突变体。spx4突变体表现为生长受到抑制,老叶叶尖出现早衰现象,叶片和根中无机磷明显高于野生型,低磷水培苗磷中毒现象消失。spx6突变体同样表现为生长受到抑制,根长变短,老叶叶尖出现早衰现象,叶片和根中无机磷积累。SPX4和SPX6的缺失均能诱导根毛的伸长,可能通过影响植物的系统磷信号部分模拟了PHR2增强表达的表型。通过杂交获得spx4/spx6双突突变体,表型观察结果表明spx4/spx6生长抑制更加明显,叶片积累的无机磷浓度明显高于亲本spx4和spx6突变体,具有加性效应,说明SPX4和SPX6可能协同参与调控水稻的系统磷信号。体外pull-down和酵母双杂(Y2H)实验证明SPX4和SPX6在体外能够直接与PHR2结合,而突变形式的SPX4和SPX6均不能与PHR2直接互作。BiFC和Co-IP实验进一步证明了SPX4和SPX6能够在植物体内和PHR2互作,BiFC实验还反映出SPX4和SPX6能够显著改变PHR2的亚细胞定位,进一步的烟草表皮细胞共定位实验证实了该结论。EMSA结果表明SPX4和SPX6是通过和PHR2的C端(含有MYB结构域和CC结构域)互作导致PHR2失去结合P1BS的能力。双基因过表达遗传材料SPX4-Ov/PHR2-Ov和SPX6-Ov/PHR2-ov的表型分析表明SPX4和SPX6的超表达能够回复PHR-Ov引起的磷超积累和缺磷响应基因的诱导表达,从遗传学上进一步证明了SPX4以及SPX6与PHR2的互作关系,并且根据以上的研究结果提出SPX4和SPX6调控水稻根和地上部的缺磷响应的模型。综上所述,本研究阐述了水稻中两个含有SPX结构域的蛋白SPX4和SPX6在水稻缺磷响应中的功能和分子机制。在正常磷条件下SPX4和SPX6蛋白稳定,两者通过与PHR2互作改变PHR2的亚细胞定位或者在细胞核内直接阻止PHR2结合其顺式元件使植物一系列缺磷响应基因维持在基础水平；当植物处于缺磷条件下,随着植物体内磷浓度的下降,SPX4和SPX6发生降解,释放出的PHR2进入细胞核从而诱导植物的缺磷响应。本研究构建了SPX4和SPX6在水稻地上部和根中缺磷响应的调控模型,使SPX蛋白家族研究更为系统和完整,进一步完善了植物磷信号通路模型,并为开发磷高效吸收利用的植物新品种提供坚实的理论基础。