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磷是植物生长和发育过程中所必需的重要营养元素。尽管其在地壳中含量丰富,但其中能被植物直接吸收利用的非常少,缺磷是作物产量受限的重要因素。为了提高作物产量而过量添加磷肥的传统手段会引起经济成本增加和环境污染。植物自身会通过一系列的方式来适应外界缺磷环境,包括根系构型的改变,提高高亲和磷酸盐转运体的表达,调节代谢以维持细胞内的磷动态平衡,以及诱导分泌磷酸酶和有机酸来利用有机物形式中的磷。对植物磷饥饿信号机制的深入研究,将引导人们用分子手段去改善作物适应缺磷环境,在生产应用上极具指导意义。本研究通过对水稻SPX-MFS家族的基因克隆和功能分析,揭示了水稻SPX-MFS1基因在植物叶片磷动态平衡中扮演重要角色。在植物中含有SPX结构域的蛋白可以被分为4个家族,其中SPX,SPX-EXS, SPX-RING三个家族的基因都陆续被报道参与植物无机磷酸盐的运输或者参与磷信号通路的调控。但SPX-MFS (Major Facility Superfamily)家族的功能依旧不为人所知。对OsSPX-MFS家族的基因结构分析,我们发现OsSPX-MFS1和OsSPX-MFS2的基因序列上含有osa-miR827的结合位点,表明这两个基因是osa-miR827的靶基因,能够受到其调控。蛋白序列比对显示OsSPX-MFS1和OsSPX-MFS2的同一性和相似性最高,表示这两个基因的功能可能最为相似。跨膜结构域分析显示OsSPX-MFS家族蛋白的SPX结构域位于胞质溶液外,而MFS结构域拥有10个跨膜结构域定位于膜上。进一步的亚细胞定位结果显示,OsSPX-MFS家族蛋白在细胞内都定位于液泡膜中,MFS结构域控制蛋白的定位情况。通过基因表达分析发现,OsSPX-MFS1和OsSPX-MFS3的表达受缺磷抑制,而OsSPX-MFS2受缺磷诱导。磷浓度梯度实验显示这些缺磷响应起始于不同程度的缺磷状况,并且随着缺磷程度的加重其表达水平的变化更加明显。时间周期实验也揭示出这些基因对缺磷的响应是缓慢而渐进的。在OsPHR2超表达株系中分析OsSPX-MFS家族基因表达水平,发现osa-miR827-OsSPX-MFS1/2通路受到水稻磷信号的核心转录因子OsPHR2的调控。进一步,我们在osa-miR827超表达株系和OsSPX-MFS1插入突变体mfs1中,观察到一系列磷饥饿诱导基因的诱导水平受到了削弱,比如OsSPX1,OsPAP10a, OsIPS1,OsACP以及部分OsPT基因。由于含有MFS结构域的蛋白常与转运特定底物有关,我们怀疑OsSPX-MFS基因可能会参与磷相关离子的转运。为此,我们分析了osa-miR827超表达材料和mfs1突变体材料的有效磷含量,发现材料中的有效磷含量在地上部显著增加。对不同叶片中磷含量进行分别测定后,我们确定了这种磷含量的增加主要来自老叶中有效磷含量的积累,在新叶中这种差异并不明显。为确定OsSPX-MFS1基因对磷相关离子具有转运能力,我们分别使用缺失酵母高亲和磷酸盐转运子的酵母突变菌株PAM2和缺失酵母所有磷酸盐转运子的酵母突变菌株EY917进行了酵母互补实验,结果证明了OsSPX-MFS基因具有转运磷的能力。最终确定了OsSPX-MFs1能够参与维持水稻叶片中的磷动态平衡。