CRISPR/Cas9（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat/CRISPR-associated nuclease 9,成簇有规律性间隔的短回文重复序列/CRISPR关联的核酸酶9）基因编辑技术已经被广泛地应用到各个生物中创建突变体。然而,CRISPR/Cas9系统在拟南芥中的基因编辑效率要远远低于其他种类的植物。为水稻开发的多重基因编辑系统PTG（polycistronic tRNA-gRNA,多顺反子tRNA-gRNA）/Cas9不仅能够提高编辑效率（效率可达到100%）,并且可以多靶点同时切割DNA,产生PCR可检测的大片段缺失。PTG/Cas9技术是将多个gRNA与tRNA序列间隔串联在一起形成PTG基因。PTG基因在植物体内被转录后,随着tRNA的成熟与释放,所有gRNA从转录本中释放出来。多个被释放的gRNA引导Cas9蛋白对同一个基因的多个目标位点进行同时切割,进而产生片段缺失的突变基因。该系统中所有组件在拟南芥中都保守存在,因此,本研究猜测此高效PTG/Cas9系统也可以应用于拟南芥中创建突变体。为了验证以上的想法,本文做了如下研究:以PTOX（Plastid terminal oxidase,质体末端氧化酶）为目标基因,将水稻PTG/Cas9基因编辑系统在拟南芥中进行了应用。首先,本人在PTOX基因上选取了 5个特异性的gRNA目标位点,构建了含有此5个位点序列的双元载体,并将其转入拟南芥野生型植株中。实验结果表明,在T1代转基因植株中,有24.4%的植株为片段缺失的PTOX嵌合突变体;然而在这些植株中没有发现纯合的突变植株,这表明T1代植物的基因编辑主要发生在体细胞中。T1代植株自交后,有60%的嵌合突变植株在下一代可产生PTOX纯合突变体、杂合突变体或者双等位基因突变体。实验表明,通过应用PTG/Cas9基因编辑系统,本研究最早可以在T2代获得可遗传的、没有Cas9基因的纯合ptox突变体植株。本研究也将此系统应用到拟南芥的其他基因上成功创建了突变体,并同时建立了一个规范而可靠的、在两到三代创建可遗传的片段缺失突变体的方法。本研究表明,水稻PTG/Cas9系统在拟南芥中也具有高效的基因编辑功能。分子伴侣蛋白是一类可以辅助新生肽链或错误折叠的蛋白进行折叠、组装的蛋白。拟南芥叶绿体分子伴侣蛋白CPN60（Chaperonin 60,伴侣素60）有6种不同的亚基,它们在植物体内以复合体的形式对目标蛋白进行加工,然而复合体的结构及其目标底物并不清楚。本研究以CPN60β1亚基作为切入点,探究了 CPN60复合体的结构及其底物分子。首先,本研究从上述基因编辑实验中获得了一种缺失突变体cpn60β1-trun,它表现出植株矮小且叶片发黄的突变表型。在以往的研究中,CPN60β1基因无效突变体（Null mutant）表现为和野生型相同的绿色表型,这与cpn60β1-trun的突变表型完全不同。通过突变蛋白CPN60β1-trun在野生型植株中的过表达实验,本研究发现突变体cpn60β1-trun中存在的缺失蛋白CPN60β1-trun是导致植株矮小且叶片发黄的原因。其次,酵母双杂交、双分子荧光互补等实验结果表明,CPN60β1-trun可以和正常的CPN60β1一样插入到CPN60复合体中,引起复合体功能失常,进而导致叶绿体结构和功能异常,从而使植物表现出突变表型。进一步通过突变体杂交实验,本研究发现CPN60β1与CPN60β2在功能上具有协同作用,共同控制植物的叶片颜色,却与CPN60β3或CPN60β4不具功能上的协同关系。通过在突变体cpn60β1-trun中分别过表达各个CPN60蛋白,本研究观察到CPN60β3可将突变表型回补（或恢复）为野生型的表型。最后,本研究通过RNA-seq和iTRAQ分析了突变体的整体转录水平和叶绿体中蛋白水平变化。分析结果显示,突变体cpn60β1-trun中参与复制、转录、翻译及蛋白折叠的基因在转录和蛋白水平上大都呈现上调的趋势;参与光合作用的基因在蛋白水平上都呈现下调趋势,而其转录水平因基因所处位置不同而不同,位于核染色体中的,其转录水平下调,位于叶绿体染色体中的,其转录水平上调;另外,结合沉降蛋白的检测结果,本研究预测叶绿体编码的一些光合作用复合体的亚基是CPN60复合体的潜在底物分子。