磷是作物生长发育的必需大量营养元素之一。由于自然条件下多数土壤中的有效磷含量非常低,使得植物经常处于缺磷环境中；然而在长期的进化过程中植物形成了各种对磷缺乏的适应性分子机制。已有研究表明蛋白激酶在生物胁迫和非生物胁迫响应过程中起重要作用,但是对于在非生物胁迫中具有重要功能的蛋白激酶,其在磷信号转导途径中的作用目前还不清楚。无赖氨酸激酶[with no lysine kinase(WNK)]属于丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶的一类新家族。我们的前期研究表明,该家族中WNK1基因可能参与磷信号转导途径,但其具体功能尚不明确。因此本研究以模式植物拟南芥为实验材料,通过分子遗传学和分子生物学技术进一步系统地研究WNK1基因调控磷信号的分子机理,主要结果如下：　　 (1)通过对WNK1基因的启动子融合GUS报告基因的转基因植株的GUS染色分析,发现WNK1基因主要在根、茎和叶的维管束中表达,说明该基因可能参与调节体内养分的运输和再分配。随着磷浓度的增加,WNK1-GUS在幼叶的维管束与叶肉组织以及生长点的表达量明显增加。此外,定量RT-PCR分析WNK1基因的组织表达模式,也获得和GUS报告基因材料一致的结果。　　 (2)通过分析不同遗传材料对低磷胁迫的响应,发现wnkl突变体增加了对低磷胁迫的敏感性,和野生型相比,主要表现在主根生长受到抑制以及根毛长度和密度的增加。另外,高磷条件下,wnkl地上部磷含量显著高于野生型；而低磷条件下,则显著低于野生型。　　 (3)通过分析磷转运子基因在wnkl背景下的表达模式发现：高磷条件下,wnkl地上部和根部磷的增加可能是分别通过增加地上部PHT2和PHT3和根部PHT1和PHT3家族磷转运子的表达而引起；而低磷条件下可能通过影响PHT1家族磷转运子和PH02调控系统,从而降低了磷的吸收和体内的再分配。　　 (4)运用细菌单杂交分析WNK1基因启动子与PHR1蛋白的作用,表明两者能够结合：同时瞬间激活表达实验证明,PHR1能够结合WNK1基因启动子中的P1BS元件,从而导致报告基因的表达。　　 (5)遗传分析wnkl和wnk5单突变体和wnkl wnk5双突变体的表型表明,wnklwnk5双突变体与wnkl突变体表型一致,暗示IIWK1可能位于WNK5的下游。此外,细菌双杂交实验也证明两者之间存在直接相互作用。　　 综上所述,本研究初步确定了蛋白激酶WNK1参与调控拟南芥磷信号转导,重点阐述了WNK1基因主要受PHR1调控而影响对低磷胁迫的敏感性。该研究首次报道了蛋白激酶WNKs参与了磷信号途径,并明确其受磷信号转导中的一个关键转录因子PHR1调控。我们的研究结果不仅可以丰富磷信号途径的内容,揭示低磷反应的分子机理,而且可能为将来分子育种技术培育磷高效农作物品种提供理论基础。