CRISPR/Cas系统的发现,推动了生物学诸多研究领域的快速发展,近年来在此系统的基础上又衍生出了CRISPR/d Cas系统,该系统在基因表达水平调控方面发挥着巨大的作用。目前几种基于CRISPR/d Cas9的高效转录激活系统已被开发用于动物和人体细胞,然而d Cas9介导的转录激活在植物中的研究却相对较少且主要集中于双子叶植物拟南芥中;而且大量的工作着重于鉴定和优化d Cas9与激活结构域的融合,对于植物中启动子区域向导RNA(guide RNA,g RNA)靶位点对转录激活效率的影响知之甚少。另外,CRISPR/Cpf1系统作为新型的CRISPR/Cas系统,它的出现使得基因编辑靶位点的选择更为丰富,由于脱靶效应极低以及cr RNA结构的特异性,CRISPR/d Cpf1系统在多重基因调控方面更具优势,但是应用难度较大,很多研究也处于探索阶段。本课题从CRISPR/d Cas9入手,开展水稻中的转录激活研究。首先我们构建了第二代的d Cas9-SAM系统,并对其在水稻中的转录激活效果进行了分析,发现其激活效率不理想。因此我们又选择了在植物原生质体中被证明转录激活效率较高的d Cas9–6TAL–VP128(d Cas9-TV)系统,同时为了转录激活系统能够在水稻中高效工作,引入了水稻特异的Os U6、Os U3启动子完成了系统的优化。为了探究g RNA靶位点对转录激活效率的影响,针对靶基因Os WOX11和Os YUC1的启动子区域,在转录起始位点(Transcription Start Site,TSS)上游不同区域我们设计了一系列靶位点,并且将不同靶位置的g RNA进行了组合。我们将构建好的单靶点和多靶点的转录激活载体通过农杆菌介导的稳定转化方式转化水稻中花11诱导的愈伤组织,并根据靶基因的表达量变化来探究这种转录激活系统在水稻中的效果。此外,我们也尝试设计开发了一套基于d Cpf1的转录激活系统,使用组合突变方式将Cpf1突变为d Cpf1,然后融合Sun Tag和TV等转录激活元件,最后选择同样的靶基因转化了水稻。我们希望通过这两种方式简便快捷地对水稻的基因进行过量表达,更加方便研究水稻中的基因功能,并为今后的转录激活系统设计提供一些参考。我们的研究结果显示,d Cas9-TV转录激活系统在水稻中能够强烈上调生长素相关基因Os WOX11、Os YUC1的表达,在组培分化阶段显示出明显的根部表型;实时荧光定量PCR(quantitative Real-Time PCR,q RT-PCR)的结果也显示两个靶基因表达量上升明显,而使用d Cas9-SAM系统仅有微弱的激活效果。同样,我们也分析了靶位效应,发现当靶向区域在TSS上游350bp以内时,转录激活效率最佳;如果同时选择两个靶点靶向同一启动子,效果可能会更好。总之,我们证明了转录激活系统在水稻稳定转化中的可行性和适用性,为将来水稻的基因功能研究提供了有用的工具。