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G蛋白以其结合并水解GTP的能力参与到几乎所有的细胞调控途径中。与异源三聚体G蛋白不同,小G蛋白为具有GTP水解活力的单体。spoOB相关的GTP结合蛋白(spoOB-associated GTP-binding protein,Obg)家族中的 YchF(ribosome-binding ATPase)亚家族,是高度保守的核心亚家族小G蛋白,存在于所有生物体中。非常规G4motif的存在使YchF亚家族失去了核苷酸结合的特异性。目前,文献所报道的细菌、酵母和人源YchF蛋白都被确定为一种ATP水解酶。水稻是世界上主要的粮食作物之一,病原菌侵染和盐碱胁迫可以导致农作物产量急剧下降,而水稻中的YchF蛋白OsYchF1负调控植物的抗病防卫反应和盐胁迫响应。与其它YchF同源蛋白明显不同的是OsYchF1具有相同的ATP、GTP结合和水解能力。但是OsYchF1既能识别ATP又能识别GTP的结构基础、分子机制和生物学功能尚不清楚。阐明OsYchF1参与信号转导的分子机制,对人们利用信号转导途径的调节子来获得对生物和非生物逆境广谱且持久的抗性具有重要意义。本论文首先通过大量筛选获得OsYchF1蛋白晶体,利用分子置换法以人源类似Obg家族G蛋白的ATP水解酶1(humanObg-likeATPase 1,hOLA1)为模板解析了弱酸性条件下的apo-OsYchF1结构。Apo-OsYchF1作为植物中第一个被解析出来的YchF同源蛋白,具有YchF亚家族蛋白保守的结构域折叠类型,包括G结构域、螺旋结构域和TGS结构域。在功能区域G2/switchⅠ、G3/switchⅡ以及LoopA则与其它同源蛋白存在较大差异。核苷酸结合滴定实验和水解活力实验证实异源表达的OsYchF1具有较低且相似地ATP/GTP结合水解能力。随后利用共结晶的方法解析了 OsYchF1-AMPPNP(ATP类似物)复合物和OsYchF1-GMPPNP(GTP类似物)复合物的结构。复合物结构分析显示:OsYchF1对AMPPNP的结合主要来自对腺嘌呤碱基的识别作用力;OsYchF1对GMPPNP的结合主要来自对磷酸基团的作用力。OsYchF1对GTP的结合方式与其它G蛋白明显不同,表现为鸟嘌呤碱基在OsYchF1碱基结合口袋处结合得非常浅,主要是通过水分子介导的氢键与OsYchF1的G4、G5 motif作用。此外,GMPPNP的结合会导致OsYchF1的G3/switch Ⅱ区域发生显著性的结构重排。根据复合物结构设计的OsYchF1的G4 motif突变蛋白(OsYchF1-G4’),失去结合水解ATP的能力而保留了结合水解GTP的能力。最后,本论文解析了apo-OsYchF1在弱碱性条件下的结构。通过比对弱酸弱碱条件下apo-OsYchF1的结构,发现仅将pH由6.5变化到7.2就可以诱导G3/switch Ⅱ区域α3螺旋的形成和α4螺旋向核苷酸结合位点的摆动。因此,OsYchF1的功能区域G3/switch Ⅱ具有pH依赖的构象变化过程。本论文阐明了 OsYchF1具有结合ATP和GTP双重特异性的分子机制,根据结构设计的OsYchF1-G4’为研究OsYchF1利用结合不同的核苷酸而参与不同植物应激反应途径创造了合理的条件。弱酸弱碱条件下apo-OsYchF1的结构变化说明细胞pH值可以影响OsYchF1功能的行使。以上实验结果为利用信号转导途径的调节子OsYchF1来提高水稻对生物和非生物逆境的耐受性提供了结构基础。