基因表达的调控对于细胞的生存能力至关重要。特定基因的过度表达或表达不足会导致灾难性的细胞事件,最终可能直接致使细胞死亡;或者在癌症中导致细胞永生。染色体DNA不仅包含生命的遗传信息,还包含着自身的加工信息。基于现有的研究,我们已经认识到,经典的B型DNA双螺旋结构作为遗传信息的传递者,具有稳定传代、指导蛋白质合成等基础功能;而其他不同种类的非经典DNA二级结构,比如:左手Z型DNA、发夹、三链体、四链体等,在体内有序地对基因组所发挥的功能进行着调控。在上述这些核酸高级结构中,通过Hoogsteen氢键配对形成的G-四链体（G-quadruplex,G4）在近年来受到了最为广泛的研究,而其互补序列也可以通过半质子化的胞嘧啶（cytosine）对构成四链的i-motif（intercalated/intercalation motif）结构。2018年,特异性的i Mab抗体已经在生理条件下于人的细胞核中证实了i-motif结构的存在。细胞生物学与生物信息学的结果表明,i-motif结构在体内的形成具有细胞周期依赖性,多存在于端粒及癌基因的启动子区。由于其在调节癌基因如Bcl2（B-cell lymphoma-2）,c-MYC（cellular-myelocytomatosis）和KRAS（Kirsten ratsarcoma）表达中的重要作用,i-motif结构已经逐渐成为抗癌治疗的新靶点。同时,i-motif结构的多变性和敏感的p H依赖性也使得其在纳米机械及药物递送系统中被广泛应用。但是相较于G4结构的深入研究,我们对于i-motif结构动态折叠机制及调节过程的了解还很局限。因此,在本课题中,我们主要使用单分子荧光共振能量转移（single-molecule fluorescence resonance energy transfer,sm FRET）技术,同时结合传统的生物化学实验方法,利用圆二色谱（circular dichroism,CD）、荧光共振能量转移熔化（FRET-melting）,DNA聚合酶阻滞实验等,在不同p H条件及一价阳离子浓度下研究了i-motif结构的折叠动力学;探讨了互补序列对i-motif结构的影响;在此基础上,我们还选择了特定的蛋白以确定它们对i-motif结构的调控作用。这部分的实验结果最终表明:（1）i-motif结构比互补的G4结构具有更高的动态性,形成了至少四种中间结构,这些结构在一定的条件下可以自发地进行变构和转换。即使在最适条件下,i-motif结构的稳定性也远低于G4结构。（2）在不同的缓冲溶液中,一价阳离子对i-motif结构的热稳定性具有截然相反的作用。具体来讲,在MES和Bis-Tris中,钾离子浓度的升高降低了i-motif结构的稳定性,然而,在PB（phosphate buffer）、SSC（saline sodium citrate buffer）、SCB（sodium cacodylate buffer）中,随着钾离子浓度的升高,i-motif结构的稳定性增强。（3）在酸性环境中,游离的G4链不会对i-motif结构造成影响,但是在中性及弱碱性条件下,会有一部分i-motif结构与互补G4序列自发配对。处于双链同一位置的G4结构由于空间位阻的影响,不论缓冲液的条件如何,都在一定程度上干扰了i-motif结构的形成。（4）低浓度的RPA（10 nM）即可高效率地打开i-motif结构,并将其稳定维持在单链状态。（5）一些解旋酶可以在酸性条件下,通过不依赖ATP及尾链的方式直接作用于i-motif结构,而这种模式不适用于G4及双链结构。（6）ATP对不同解旋酶与i-motif结构之间的相互作用具有不同的调控功能。我们的结果系统性地阐述了i-motif结构在外界不同缓冲环境下、互补G4链存在条件下的稳定性及状态,对于在体内外更加全面地了解i-motif结构具有重要的意义。更重要的是,我们首次在单分子水平上发现了i-motif结构和蛋白质之间独特的相互作用模式,拓展了我们对细胞调节机制的思路与见解。作为抗癌靶点和一种特殊的生物纳米材料,我们的结果对于i-motif结构的应用也具有一定的价值与启发。