PPR（pentatricopeptide repeats protein）基因家族和SPL（SBP proteins-like）基因家族是植物中两个重要的基因家族,参与了植物多个生长发育过程。研究表明,PPR蛋白是一种RNA结合蛋白,参与细胞内RNA剪接、编辑、稳定、翻译等多个转录后调控过程,在植物叶片发育、细胞质雄性不育、种子发育和应答响应中发挥着重要的作用。SPL蛋白是植物特异性转录因子,与mi R156/157一起控制着多个下游基因的表达,调控植物胚胎发育、花和果实的发育、发育阶段转变、植株形态构建、胁迫应答响应以及激素信号转导等生长过程。本研究以水稻日本晴为材料,对PPR基因和SPL基因在基因组水平上进行生物学分析,并构建转基因植株以研究OsSPL4的功能,为进一步完善对这两种基因家族功能的认识打下基础。本研究的主要结果如下:1.在水稻品种日本晴基因组中,共鉴定了491个PPR基因,其中246个基因编码的蛋白属于P亚家族,245个属于PLS亚家族。基因序列分析表明,65%的水稻PPR基因没有内含子,16%的只有一个内含子,而且大量的PPR基因之间具有同线性。这表明PPR基因数目的扩增可能是大量的逆转录转座子随机插入导致的。在水稻中PPR基因的表达具有组织特异性,而且大多数PPR蛋白被定位在叶绿体或线粒体中。2.预测了水稻49个miRNA及其对应的54个PPR基因靶标。通过q RT-PCR验证了PPR基因LOC＿Os03g17634、LOC＿Os07g40820、LOC＿Os04g51350及其对应的osa-mi R1862d、osa-mi R396a、osa-mi R444b.2的相互关系,结果表明它们在表达量上存在负相关。同时,分析了水稻光温敏材料WXS（F）和WXS（S）的RNA-Seq数据,结果表明PPR基因与相应miRNA共同参与到水稻的花粉发育以及育性转换过程。此外,还分析了水稻在生物胁迫和非生物胁迫下的表达情况,结果表明一些PPR基因的表达会受到外界环境的诱导。通过q RT-PCR,验证了7个PPR基因在干旱和盐胁迫下表达量上调,说明它们可能参与到水稻干旱和盐胁迫下生理响应。在基因上的游启动子序列,发现了多个与基因表达和胁迫应答相关的顺式作用元件,如ABRE,Skn-1＿motif,TGACG motif等。这些结果表明水稻PPR基因参与多种环境胁迫下的生理调控。3.对SPL基因的分析表明,在水稻中共有19个SPL基因,分布在除10号和12号的其它染色体上。基因序列分析表明,不同染色体上的几个SPL基因之间具有同线性,具有相似的基因结构,这说明染色体片段重复参与了水稻SPL基因的家族的扩张。蛋白质序列分析表明,水稻SBP（SQUAMOSA promoter binding protein）结构域具有高度的保守性,其中SPL9的两个锌指结构由CCCC-CCHC组成,其余的均为CCCH-CCHC。对其进行系统进化分析,结果表明植物的SPL蛋白可能起源于共同的祖先蛋白,其中一些在单子叶植物和双子叶植物中又各自独立的分化出新的SPL蛋白。在水稻中,12个SPL基因的表达受到mi R156的调控,其中SPL4和SPL13的miRNA结合位点在转录本的3’-UTR区域。利用基因芯片数据分析基因的表达模式,发现水稻SPL基因的表达具有组织特异性,而且还受到环境的影响,这说明它们参与相应的生长发育过程和逆境条件下的应答响应调控。4.为研究水稻SPL4基因的功能,我们构建了多个转基因水稻株系。利用CRISPR/Cas9基因编辑技术,获得了23株spl4突变植株。测序发现这些转基因水稻SPL4基因的序列均发生了突变,影响了基因的正常功能。与野生型水稻相比,spl4突变体株高变高,叶片变长,穗分支变多,籽粒变多,产量增高。在SPL4过表达植株中,我们观察到了相反的表型,株高降低,叶片长度变短,穗分支数目降低。此外,我们还利用RNAi技术和Target mimcry技术构建了对应转基因植株,并观察到了预期的表型。这些结果表明SPL4调控着水稻的叶片和穗的发育,这与SPL基因参与株形构建和种子发育的功能相一致。转录组测序分析说明SPL4调控多个下游基因的表达,参与多个调控通路,进而影响着水稻的正常生长发育。