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酵母含SPX结构域基因参与磷信号调控与细胞磷平衡。植物中含SPX结构域的基因参与调控磷信号与体内磷平衡也有报道。研究水稻中SPX结构域基因的功能,有助我们深入了解植物中磷信号的调控途径。根据数据库中已知信息,本研究从水稻中克隆了OsSPX5(SPX5)的全长cDNA,并对OsSPX3(SPX3)与SPX5功能进行研究。水稻SPXs亚家族包含六个基因(SPX1-6),与拟南芥等物种的系统进化树分析表明,SPX1和SPX2为Clade Ⅰ组,SPX4为Clade Ⅲ组,SPX3、SPX5和SPX6是Clade Ⅱ组。拟南芥中Clade Ⅱ组有一个基因而水稻等禾本科植物中进化出了三个种内同源基因SPX3、SPX5与SPX6。在不同营养元素缺失条件处理下,qRT-PCR分析表明SPX3和SPX5受缺磷特异诱导。在phr2突变体中SPX3和SPX5缺磷诱导被抑制,表明SPX3和SPX5的缺磷诱导受磷信号中心调控因子PHR2调控。利用自身启动子与基因融合GFP(SPX3p-SPX3-GFP和SPX5p-SPX5-GFP)的转基因植株,进行Western印迹分析,发现缺磷时SPX3和SPX5蛋白水平是积累的。亚细胞定位分析表明SPX3和SPX5在细胞核和细胞质中都有表达,预示着两基因可能在细胞核与细胞质中都有功能。利用原位杂交和两基因融合GUS(β-glucuronidase)报告基因(SPX3p-SPX3-GUS和SPX5p-SPX5-GUS)转基因植株,证明两基因转录和蛋白水平在缺磷下都积累,且表达模式相似,暗示了两基因可能有相同的功能。在正常供磷和低磷条件下SPX3和SPX5的超表材料植株受抑制,地上部有效磷减少和根有效磷的积累,磷饥饿响应基因(PSI gene)的表达受到显著抑制。超表达材料叶中磷下降但磷信号基因表达下降,表明SPX3和SPX5负调控植物磷信号基因表达。我们获得了SPX3T-DNA插入突变体(ALNE05),并且发展了SPX5RNAi干涉材料,发现单独抑制一个基因的表达其植株在表型和磷浓度与野生型没有显著差异。进一步研究表明两基因抑制植株(spx3/SPX5-Ri3)生长受抑制,叶片磷浓度显著积累,说明两基因功能冗余。对(px3/SPX5-Ri3植株缺磷10天然后恢复供磷的实验表明,该材料供磷后磷饥饿信号表达水平回复到正常水平迟缓,体内磷上升速度激增。我们认为,SPX3和SPX5可以调控根向地上部磷的转运,并且两基因对植物适应外界磷浓度变化,维持植物体内磷浓度相对稳定发挥重要作用。酵母双杂(yeast two-hybrid,YTH).蛋白免疫共沉淀(co-immunoprecipitation,co-IP)和双分子荧光互补(bimolecular fluorescence complementation,BiFC)实验表明,SPX3和SPX5可以形成同源二聚体也可以形成异源二聚体。根据SPX3和SPX5功能冗余的结果,其同源二聚体或异源二聚体都可能单独发挥功能。由于SPX3和SPX5超表达抑制了水稻磷信号中心调控因子PHR2调控的PSI基因表达。我们发展了SPX3和SPX5分别与PHR2双超表达的遗传材料(PHR2-Ov/SPX3-Ovl； PHR2-Ov/SPX5-Ovl,在双超表达材料中,由PHR2-Ov造成的地上部磷积累与PSI基因上调表达被抑制达到接近野生型水平。表明SPX3与SPX5是PHR2功能的负调控因子。pho2突变体地上部磷积累,为确定SPX3与SPX5是否参与PH02下游基因的调控,我们发展了pho2/SPX3-Ovl和pho2/SPX5-Ovl遗传材料。磷分析表明,SPX3和SPX5超表达只部分降低pho2突变体地上部磷浓度。因PHR2可直接调控一些磷转运体,如PT2,在pho2突变体中超表达SPX3和SPX5产生地上部磷浓度部分下降,可能是由SPX3和SPX5通过抑制PHR2引起。体外与体内蛋白互作分析表明,SPX3及SPX5与PHR2蛋白物理互作,支持上述推断。以上研究结果表明,SPX3和SPX5两个种内同源基因功能冗余,参与磷从根向地上部转运。在缺磷胁迫下其蛋白水平的增加有利保持植株体内磷平衡,并通过对系统磷信号中心调控因子PHR2的负调控,延缓系统缺磷信号对植株生长胁迫的时间。研究结果加深了我们对植物SPX结构域蛋白在磷信号与植物体内磷平衡调控网络中的协同作用机制的了解。