虽然土壤中磷含量丰富,但是能被植物直接利用的无机磷含量却很少。全世界大部分土壤环境中,磷是作物产量的一个重要限制因素。为了保证作物的产量,往往需要大量施用磷肥,这不仅增加了农业生产的成本,而且造成水体的富营养化,破环生态环境。因此,研究作物的磷信号调控网络,遗传改良培养磷高效的作物,具有重要现实意义。本研究利用反向遗传学研究方法,对SPX基因家族、OsPH02和紫色酸性磷酸酶等多个水稻磷信号网络的关键基因进行了克隆与功能分析。在酵母中,多个含有SPX结构域的基因被证明参与了磷吸收和信号调控。通过生物信息学分析发现,植物中含SPX结构域的基因可以分为4个亚家族,其中水稻的第二亚家族成员中,OsSPXl.OsSPX2,OsSPX3,OsOPX5和OsSPX6都显著的受到缺磷诱导表达。超表达OsSPXl降低了植株对磷的吸收,而通过RNAi的OsSPX1抑制表达后,转基因植株磷的吸收增加。osSPX1转基因材料中缺磷诱导表达基因的分析表明,OsSPX1是一个缺磷信号的抑制因子,对其他基因受缺磷诱导的过程起到负向调控作用。在OsSPX1/OsPHR2双超表达材料中,OsSPX1一方面能有效的抑制OsSPX1对水稻磷信号相关基因的调控,另一方面OsSPX1又是受到OsPHR2的调控。因此,OsSPX1可能是通过反馈抑制机制限制OsPHR2的功能。SPX结构域第三亚家族基因OsPSS1,OsPSS2和OsPSS3表达不同程度受到缺磷抑制。其中OsPSS1只在根中受到到缺磷抑制,而OsPSS2和OsPSS3在地下和地上部分都受到缺磷抑制。对OsPSS1,OsPSS2和OsPSS3基因的突变体分析发现,OsPss1突变体植株的整体磷含量显著增加,而OsPsS2和OsPSS3突变体植株磷含量没有变化。因此,OsPSS1负调控了水稻对磷的吸收与积累。在OsPSS1的5’UTR区域,我们发现存在一个miR827结合位点。miR827在缺磷处理的根和叶中都显著受到诱导表达。超表达miR827后,OsPSS1的表达受到显著的抑制,同时,植株的地上和地下磷含量升高,说明miR827是通过对OsPSS1的调控参与植物缺磷信号的。对OsPHR2超表达植株的分析发现,miR827表达显著升高而OsPss1受到抑制,因此OsPHR2.miR827和OsPss1可能组成了一条植物磷信号调控的新途径。除了对SPX结构域相关基因的研究,本研究还克隆了OsPH02基因。与拟南芥中一致,OsPH02的突变体表现出严重的磷中毒表型。为了研究该基因的调控机制,我们利用酵母双杂交体系,筛选到多个OsPH02的相互作用蛋白,其中包含两个同源的硫氧还蛋白(OsTRX h2a和OsTRX h4).对这些基因的功能研究,将大大提高我们对植物缺磷信号调控网络的了解。此外,我们还对缺磷信号调控网络的终端反应基因紫色酸性磷酸酶基因家族进行了系统的研究。通过对这些基因表达和启动子的研究,我们发现至少有10个酸性磷酸酶基因直接受到OsPHR2的调控。同时,对以上研究得到的一系列磷过量积累造成的中毒材料中,我们分析了酸性磷酸酶的表达和活性,结果表明这些材料中的酸性磷酸酶都有不同程度的诱导,但是其模式又存在差异,说明酸性磷酸酶是受到不同的信号通路共同调控的。在对以上一系列基因研究的基础上,加深了我们对水稻磷吸收及信号调控网络的认识,为水稻的磷高效育种提供了理论依据和基因资源。