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多磷酸肌醇激酶（IPK2/IPMK）是IP3依赖的多磷酸肌醇合成途径中一个极为关键的组分,它能够在6位和3位磷酸化Ins（1,4,5）P3生成Ins（1,4,5,6）P4和Ins（1,3,4,5,6）P5。然而值得注意的是,IPK2最初是作为酵母精氨酸代谢转录调节因子而被鉴定出来的。IPK2能够以分子伴侣的方式促进并稳定ArgR-Mcm1转录复合体形成,进而参与酵母精氨酸合成与降解相关基因的转录调控。最新研究证实IPK2介导酵母精氨酸转录调控与其激酶活性无关,因此IPK2/IPMK是一种多功能蛋白,它还可以通过磷酸肌醇非依赖的方式来起作用。到目前为止,IPK2/IPMK已知的磷酸肌醇非依赖途径有两种：（1）通过磷脂酰肌醇-3激酶（P13K）活性介导的磷脂酰肌醇信号途径。酵母和哺乳动物IPK2/IPMK不仅能够催化磷酸肌醇代谢,而且还具有P13K活性。（2）通过与细胞内关键蛋白因子直接相互作用的途径。近年来哺乳动物IPMK被发现能够通过与细胞内关键蛋白因子,如mTOR和AMPK相互作用来调控细胞能量和物质代谢。拟南芥多磷酸肌醇激酶是第一个被报道出来的植物IPK2蛋白,它由两个高度相似的成员AtIPK2α和AtIPK2β组成。过量表达研究表明AtIPK2β可以促进拟南芥分枝和提高烟草对盐、旱以及氧化胁迫抵抗能力,然而AtIPK2究竟在植物体内起什么作用还不知道。AtIPK2调控植物生长发育是否依赖其激酶活性也更是不清楚。本研究从突变体入手对AtIPK2α和AtIPK2β的生理功能进行了系统的分析,并且进一步就其功能与激酶活性的关系进行了探究。另外,本研究还对单子叶模式植物水稻的多磷酸肌醇激酶基因（OsIPK2）的几个T-DNA插入突变体进行了鉴定。此外,通过异源表达的方式对OsIPK2在拟南芥生长发育以及非生物逆境应答中的作用进行了初步研究。主要研究结果如下：1. atipk2aatipk2β双突变致死：由于atipk2α和atipk2β单突变体都没有表型,于是对这两个材料进行了杂交。然而在F2代群体中并没有筛选到基因型为atipk2α/atipk2α;atipk2β/atipk2β的双突变植株,而且在atipk2α/atipk2α;AtIPK2β/ atipk2β和AtIPK2α/atipk2α;atipk2β/atipk2β材料的自交后代中依然无法获得双突变,从而证实atipk2aatipk2β双突变致死。2. atipk2aatipk2β双突变雄配子体传递异常：正反交实验表明无论是atipk2α/ atipk2α;AtIPK2β/atipk2β还是AtIPK2α/atipk2α;atipk2β/atipk2β,当它们作为母本的时候,atipk2aatipk2β都能够正常传递到下一代。然而当atipk2α/atipk2α;AtIPK2β/ atipk2β和AtIPK2α/atipk2α;atipk2β/atipk2β作为父本的时候,atipk2aatipk2β的遗传传递则被严重抑制,因此双突变致死特异性与雄配子体相关。互补实验证实atipk2aatipk2β双突变致死是由AtIPK2基因突变引起。3. atipk2aatipk2β双突变花粉发育和花粉管导向异常：细胞学分析表明约20%的atipk2aatipk2β双突变花粉不能正常形成,这些花粉要么因内容物萎缩而扭曲变形,要么因内容物缺失而空泡化。需要指出的是大部分双突变花粉是能够正常形成的,它们具有正常的活力和细胞核组成,而且花粉萌发和花粉管生长也都能够正常进行。然而这些atipk2aatipk2β双突变花粉管向胚囊的导向生长出现异常,它们不能正常进入珠孔完成受精。4.AtIPK2α和AtIPK2β参与胚胎发生过程：在atipk2α/atipk2α;AtIPK2β/atipk2β和AtIPK2α/atipk2α;atipk2β/atipk2β材料的自交果荚中能够观察到多种类型的异常种子。与此一致,胚胎透明显示当大部分atipk2α/atipk2α;AtIPK2β/atipk2β和AtIPK2α/atipk2α;atipk2β/atipk2β自交果荚种子进入鱼雷胚的时候,部分种子因胚胎发育异常而停滞在心形期或心形期之前。单胚胎Genotyping-PCR分析表明除atipk2aatipk2β双突变致死外,部分atipk2α/atipk2α;AtIPK2β/atipk2β和AtIPK2α/ atipk2α; atipk2β/atipk2β胚胎的发育也不能正常进行。5. AtIPK2调控雄配子和胚胎发生与其激酶活性相关：利用氨基酸定点突变技术构建了丧失催化活性以及特异性抑制3位激酶活性的突变型AtIPK2β*。在自身启动子和Lat52花粉特异性启动子的驱动下,将这些突变型AtIPK2β*连同野生型AtIPK2β一起导入到AtIPK2α/atipk2α;atipk2β/atipk2β材料。分析表明只有野生型AtIPK2β能够互补双突变致死,激酶活性丧失和3位激酶活性被抑制的AtIPK2β*则不能,从而证实双突变致死与AtIPK2激酶活性直接相关。6.鉴定了四个osipk2 T-DNA插入突变体：从水稻突变体库购买了四个标注为OsIPK2基因的T-DNA插入突变体（编号分别为03Z11CQ55、04Z11MC60、 PFG2C40149以及PFG2C40126）。其中前三个突变材料要么因为没有表型,要么因为没有实际插入而无法使用。Genotyping-PCR证实PFG2C40126材料在OsIPK2的5’UTR存在T-DNA插入,田间生长的PFG2C40126材料表现出分蘖增加和结实率下降,不过令人遗憾的是其表型和基因型不能共分离。7.异源表达OsIPK2影响拟南芥生长发育：由于借助水稻突变体来研究OsIPK2的生理功能暂时无法实现,于是通过拟南芥异源表达的方式对OsIPK2的功能进行了分析。与野生型相比,35S:OsIPK2转基因拟南芥在多个发育过程（包括主根生长、莲座叶形态以及植株大小）都表出现不同程度的改变。8.异源表达OsIPK2提高拟南芥对盐旱胁迫的抵抗能力：RT-PCR分析表明OsIPK2是一个压力应答基因,其表达受ABA和盐处理诱导,进一步分析发现OsIPK2能显著提高拟南芥抵抗盐旱胁迫的能力。综上所述,AtIPK2α和AtIPK2β能够以功能冗余性的方式调控雄配子体和胚胎发生,而且这个过程依赖其磷酸肌醇激酶活性,另外异源表达分析也为OsIPK2的内源功能研究提供了参考。