水稻作为主要粮食作物，是全球近一半人口的主食。随着世界人口的不断增长和自然条件的恶化，其产量提升和品质改善成为人类面临的重要挑战之一。MicroRNA(miRNA)是一类在生物体内普遍存在的非编码、长度约21个核苷酸的小分子RNA，它在调控植物的器官发育、信号转导和逆境胁迫过程中起着重要作用。近来研究表明，miRNA在农作物改良过程中也起着重要的作用。一方面，miRNA可以通过调节分蘖、粒型和穗型等影响作物产量;另外，miRNA中的一些成员可以对外界环境信号刺激产生响应，提高作物应对外界环境胁迫的能力。所以，miRNA可以作为改良作物的潜在靶分子。由于miRNA基因较小，而且大多数miRNA家族都有多个成员组成，具有遗传冗余性，所以很难通过传统的基因功能缺失突变体的方式来研究miRNA的功能。目前对miRNA的研究主要通过过量表达miRNA或过量表达miRNA抗性靶基因(miRNA-resistant)，但由于miRNA具有组织表达的特异性，而且miRNA一般调控多个靶基因，所以用这些方法只能部分反映miRNA的功能。随着靶标模拟技术，如靶标模拟(target mimic，TM)和短串联靶标模拟（short tandem targets mimic，STTM）两类技术的发展，为内源成熟的miRNA降低功能活性提供了有效的工具。本研究中，利用STTM技术使水稻中37个miRNAs家族功能活性降低。并且与以往的target mimic(TM)技术相比，STTM技术的沉默效率更高，特异性更好。本研究获得的主要结果如下:　　在田间种植37个转基因品种，观察到其中九个miRNAs具有明显的地上部发育表型。而且有发育表型株系数量多，一致性和稳定性好。其中，STTM156的分蘖数目减少显著，种子长度和千粒重略微增加。STTM159植株整体变小，如整株变矮、种子小且不规则和叶变小等。STTM160的株高明显降低，穗小并且不育。STTM171的株高略矮，可以看到明显的旗叶叶片夹角增大，叶片下垂。STTM172茎秆缩短，谷粒在谷穗上排列致密，谷穗完全包裹在叶鞘内。STTM398株高明显降低，谷穗长度相对野生型变短，而且每穗粒数减少，营养生长时期时间延长。STTM166的叶片都卷曲;STTM441株高略高和STTM1428花粉的育性降低。通过我们的分析，也发现水稻与拟南芥中miRNA功能上有很大的不同，说明miRNA功能在单子叶和双子叶植物进化上出现了一定的差异。同时，实验结果也表明miRNAs可以影响水稻中许多重要的农艺性状，如分蘖数，株高及种子大小等。对于其它在正常栽培条件下没有发育表型的STTM-miRNAs转基因株系，可能在响应逆境胁迫方面有重要的研究潜力。　　植物中miR166家族是研究较为透彻的miRNA之一。例如拟南芥中miR165/166可以通过影响ABA含量调节植物对干旱的胁迫反应。本部分主要探讨了水稻中miR166与干旱胁迫之间的关系。不同于拟南芥中通过调节激素ABA积累来实现对干旱胁迫的响应，水稻中miR166可以通过影响植物器官的形态改变加强植物抗旱能力。STTM166表现出明显的卷叶表型，叶片正面（近轴端）气孔全开的比例明显低于野生型，这有助于减少水稻叶片的蒸腾作用，使叶片失水能力大大降低。同时，STTM166茎中木质部导管的直径减小，使水分运输速率下降，有助于水稻在干旱胁迫期间节约更多的水份，从而提高水稻的耐旱能力。　　利用CRISPR/Cas9突变水稻miR396的研究发现，miR396a/b和miR396e/f对水稻粒型的控制作用不同。miR396a/b对水稻粒长和粒宽没有影响，而miR396e/f的功能缺失却可以引起粒长和粒宽的增加，说明microRNA不同家族成员间可能具有的功能差异。同时，本实验也利用CRISPR/Cas9对负调节水稻重要性状的一些关键基因进行了编辑。对Waxy基因编辑可以显著降低水稻中直链淀粉含量，实现对水稻品质的改善;对DST(Drought and Salt Tolerance)的编辑可以实现对水稻形态的调节和对逆境的反应;突变Gn1a(Grains number1a)可以增加穗长度和穗上的分支数目，提高水稻单株产量。对GS3(Grain Size3)基因的编辑可以调节水稻的粒型，种子长度明显长于相应野生型。　　综上，本研究中，利用STTM和CRISPR/Cas9技术对水稻中microRNA和功能基因的编辑，可以实现对水稻干旱胁迫、株型控制、水稻品质和种子粒型等多方面的调控，为改善水稻农艺性状和增强水稻抗逆境能力提供了技术基础。