水稻（Oryza sativa L.）是世界上最主要的粮食作物之一,同时也是功能基因组学研究的重要模式植物。随着人口增加、耕地面积减少、水资源短缺和消费需求增长的影响,世界粮食安全面临着越来越严峻的挑战。种子是人类粮食的主要来源之一,也是植物繁育的最主要方式。种子的发育影响种子的功能及粮食作物的产量和品质,而种子的萌发决定了植株是否能成功生长以及影响了后期的长势。因此,对种子发育和萌发的研究,可揭示种子形成和萌发的调控机理。Argonaute（AGO）蛋白家族是表观遗传调控的主要承担者之一,在水稻中有19个AGO蛋白,目前对于OsAGO3的功能尚不清楚。为了阐明OsAGO3的功能,本研究利用本实验室已经获得的OsAGO3过表达以及CRISPR/Cas9株系为材料,通过表型观察分析发现,OsAGO3过表达以及CRISPR/Cas9株系和野生型在种子萌发和种子发育存在较大差异,于是采用细胞学分析、TUNEL（Td T-mediated d UTP-biotin nick end labeling）分析、转录组分析等技术手段,揭示OsAGO3在水稻种子萌发和种子发育中的调控作用。主要研究结果如下:1、在NCBI上查找了水稻中已经报道的19个AGO蛋白和拟南芥的8个AGO蛋白,以及单子叶植物玉米中的3个AGO蛋白和双子叶植物大豆中的3个AGO蛋白的蛋白序列。通过OsAGO3与这些AGO蛋白的同源性比较发现,OsAGO3和Os AGO2的同源性最高。2、通过q RT-PCR和RNA原位杂交对OsAGO3基因的表达特征进行分析发现,OsAGO3在水稻种子的整个发育过程中均有表达,并在后期表达达到顶峰,其中在授粉后27和29天的种子中表达最高;RNA原位杂交显示,OsAGO3主要在胚、种皮细胞和糊粉层中表达。3、通过对水稻种子发育进程的表型和细胞学等观察分析了OsAGO3过表达和CRISPR/Cas9株系种子发育过程变化发现,CRISPR/Cas9植株种子较小,糊粉层发育异常,表现为细胞形态细小,排列紊乱;TUNEL分析表明,OsAGO3表达的改变,影响了种皮、珠心和珠被、果皮和淀粉细胞的程序性死亡,进而影响了糊粉层、果皮和种皮的发育。4、通过统计种子萌发差异、q RT-PCR分析、原位杂交、TUNEL实验和活性氧水平检测分析种子萌发的变化发现,OsAGO3在萌发过程中的胚和糊粉层表达,且在萌发0 h和12 h时表达最强,OsAGO3对种子萌发初期起到调控作用。种子萌发时PCD延迟且萌发时胚中活性氧积累较少,影响了种子的萌发,造成CRISPR/Cas9植株种子萌发延迟。5、通过分析萌发关键时间点OsAGO3过表达和CRISPR/Cas9株系的转录组,研究OsAGO3调控种子萌发的分子生物学机制。结果表明,OsAGO3影响了GA代谢,淀粉酶、细胞周期调控、DNA复制以及ROS的动态平衡等基因的表达,调控种子的萌发。6、通过OsAGO3过表达和CRISPR/Cas9株系间的表达差异比较发现,在萌发不同时间点,CRISPR/Cas9株系比OsAGO3过表达株系表达增加1倍的基因多于表达下降1倍的基因,说明其负调控基因表达。综上所述,OsAGO3是种子发育过程的调节者,OsAGO3表达下调导致种子发育较小,且糊粉层发育异常,胚、糊粉层、果皮和种皮的发育都延迟。OsAGO3也是种子萌发的调节者,负调控基因的表达,影响了GA代谢、淀粉酶、细胞周期调控、DNA复制和ROS的动态平衡,调控种子的萌发。