空间环境是一种具有广能谱与多辐射类型的复杂环境,空间辐射环境能诱发明显的生物学效应,但空间不同能量粒子和生物学效应之间的关联以及microRNA(miRNA)参与的转录后调控机制仍然不清楚。为研究空间飞行中不同的传能线密度(linear energy transfer,LET)粒子辐射对水稻的生物学性状和转录后调控机制的影响,本课题利用实践十号(微重力科学实验卫星SJ-10)生物辐射盒中搭载的辐射品质测量单元与水稻种子,获取了被不同LET值且LET>10 keV/μm的高能粒子单次击中(HZE组)和经过空间飞行但未被LET>10 keV/μm的高能粒子击中(RN组)的日本晴水稻种子,在返回地面后606天对其进行种植,在不同发育阶段,分析表型以及参与关键表型调控的miRNAs与靶基因的表达变化,比较分蘖期和抽穗期之间的变化特征以及LET之间的关联。水稻不同发育阶段的植物学性状分析结果表明:在返回地面606天后,地面对照组(CK组)的发芽率与存活率基本没有受到存储的影响,而RN组以及HZE组的水稻的发芽率、存活率较CK组有一定降低,而且HZE组的下降尤为显著。各组与CK组相比在分蘖期和抽穗期的株高均无显著变化,但分蘖数普遍受到抑制。各组水稻的Fv/Fm相较于CK组无显著变化。生殖性状方面,空间飞行刺激了水稻结实且影响了熟期。在水稻分蘖期与抽穗期分别对与水稻生长、分蘖和熟期等六个表型相关的miRNA的表达水平(osa-miR156、osa-miR164、osa-miR166、oas-miR393、osa-miR396d、osa-miR408)进行了 qRT-PCR检测,以及对其相关靶基因进行了转录组测序表达分析与qRT-PCR检测。结果表明,空间飞行抑制了分蘖期水稻miR156、miR164、miR393的表达,但诱导了分蘖期水稻miR166、miR396d、miR408的表达。空间飞行引起的水稻分蘖期的miR166、miR393、miR408的表达与相应的靶基因表达变化呈一定LET依赖性变化趋势。但miR166和miR393的表达在抽穗期有所恢复,只有miR408的上调表达一直延续到抽穗期。进一步对于HZE组内有明显表型变化的单株进行表型-miRNA-靶基因关联分析发现,在株高、分蘖数以及光合效能等表型有明显变化的单株体内,调控相关表型的miRNA(miR156、miR393、miR408)都发生了对应的变化。本研究表明,空间辐射环境诱发的水稻生长、分蘖和光合效能的变化,可能由相应miRNA参与响应,而且这些变化在分蘖期体现了 LET依赖关系。通过对不同发育阶段(分蘖期和抽穗期)的变化比较,在抽穗期这些miRNAs表达量变化得到了恢复。本研究将为揭示空间HZE诱发的植物学性状改变的转录后调控机制提供重要的理论基础。