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磷(Phosphate, P)是植物生长所需大量必需元素之一；磷营养在植物生长发育中发挥着重要作用,对农作物的丰产不可或缺。在植物磷信号调控网络中,PHR1 (Phosphate Starvation Response 1)作为网络中心调控因子,调控植物磷信号与磷平衡。PHR1结合的顺式作用元件(cis-element) (PHR1-binding sequence: P1BS)已被揭示,本研究旨在研究P1BS对水稻中PHRl的同源基因OsPHR2的亲和力的影响,探索利用高亲和顺式作用元件对作物进行磷吸收作用的遗传改良。利用酵母单杂(Yeast-one-hybridization)和凝胶阻滞分析(Electrophoretic mobility shift assay, EMSA)技术,发现OsPHR2对不同下游调控基因OsIPS1、 OsIPS2、OsPT2和OsPHF1的亲和力存在显著差异,其中对OsIPS2的P1BS亲和力最高,而对OsPT2的亲和力最低。通过进一步研究发现,有两个因素影响着OsPHR2对P1BS的亲和力：一是P1BS旁侧P1BS-like序列,二是P1BS的可变碱基。当仅有P1BS序列存在时,OsPHR2不能有效识别P1BS;只有当P1BS与P1BS-like同时存在时,OsPHR2才能与P1BS有效结合。通过对OsIPS2的P1BS1可变碱基的逐一替换发现,当第一个可变碱基‘A’替换为‘T’、‘C’或‘G’时,OsPHR2对P1BS1的亲和力都显著下降；当第二个可变碱基‘G’替换为‘久’或‘C’时,OsPHR2对P1BS1的亲和力并没有发生显著改变,而当‘G’替换为‘T’时,OsPHR2对P1BS1的亲和力显著增加。由此说明P1BS第一个可变碱基是‘A’时较有利于OsPHR2的结合,并且当第一个和第二个可变碱基是‘A-T’组合(A-T-type)时最有利于OsPHR2与P1BS的稳定结合。在P1BS1为A-T-type的条件下,对P1BS-like进行趋向于A-T-type-P1BS的替换,结果发现P1BS-like变为A-T-type-P1BS时能进一步提高OsPHR2的亲和力。由此本研究获得了一个OsPHR2高亲和的P1BS-P1BS-like组合元件A-T-type-P1BS-A-T-type-P1BS,即HA-P1BS。随后,本研究利用HA-P1BS对OsPHF1 (Phosphate Transporter Traffic Facilitator 1)启动子进行了改造。酵母单杂和EMSA技术分析结果表明,OsPHR2对HA-P1BS改造后的OsPHF1启动子亲和力显著提高了。利用OsPHF1启动子和]HA-P1BS改造启动子融合GUS的转基因材料进一步证明HA-P1BS能提高OsPHF1表达水平。通过GUS组织切片分析发现,由HA-P1BS启动的OsPHF1组织表达没有发生变化。因此,本研究发展了POsPHF1-HA-P1BS:PHF1(CDS)的转基因材料(即：PHF1-HA-P1BS),用于分析HA-P1BS改造后的OsPHF1能否提高植株的磷吸收效率。溶液培养结果表明,在200μM和10μMPi条件下,两个独立转基因株系在叶片中的有效磷都要显著高于野生型,但并不影响植株正常生长。33p吸收动力学实验进一步证实PHF1-HA-P1BS的磷吸收能力要显著高于野生型。通过在高磷和低磷条件下的盆栽实验发现,PHF1-HA-P1BS表现出了耐低磷的特性：转基因材料单株产量以及种子与植株总磷含量显著增加。综上所述,本研究揭示了顺式作用元件P1BS可变碱基和P1BS-like基序对磷信号与磷平衡中心调控转录因子OsPHR2亲和力的影响；同时利用HA-P1BS改良了OsPHF1基因启动子,使其提高表达,提高作物磷吸收效率,本研究为作物的遗传改良提供了新的途径。