水稻是最重要的粮食作物之一。镉(Cadmium,Cd)是一种有毒重金属,可以被水稻吸收并积累,影响水稻的生长发育,甚至会通过食物链对人体产生伤害。Micro RNA(miRNA)是一类内源非编码RNA,它在植物生长发育、胁迫反应、激素反应等生物过程中起着重要的作用。进行miRNA在水稻Cd胁迫反应中的研究,有助于在转录后水平上揭示水稻响应Cd胁迫的调控机制,为培育低Cd水稻品种、发掘抗逆基因以及遗传改良提供支持。但目前,与水稻Cd胁迫相关的miRNA及其靶基因的报道还不多。随着高通量测序和降解组测序技术的发展,使更准确地鉴定出新的与水稻Cd胁迫相关的miRNA及其靶基因成为可能。本研究选用水稻日本晴(Oryza sativa cv.Nipponbare)为试验材料,对三周龄的幼苗进行Cd处理(50μΜ),并以无Cd处理为对照。Cd处理3天后,收取两组幼苗根部提取总RNA,利用miRNA高通量测序和降解组测序技术进行研究。并选取Cd胁迫下显著差异表达的miR408-3p及其靶基因UCL7进行了水稻日本晴过表达及CRISPR-Cas9敲除的转基因研究。研究结果如下:1、利用获取的Cd处理组和对照组总RNA,构建了6个小RNA(Small RNA,s RNA)文库,每组三个生物学重复。使用miRNA高通量测序技术,分析了Cd处理组和对照组的s RNA文库,共鉴定出2369个miRNA,包括1589个新的miRNA,其中132个miRNA被鉴定为显著差异表达。同时,选择了Cd胁迫下表达差异最大的17个miRNA,采用实时荧光定量PCR(q PCR)进行验证,结果显示:17个miRNA中有15个miRNA的表达结果与高通量测序的结果一致。2、构建Cd处理和对照2个降解组文库进行测序,结合miRNA测序获得的132个显著差异表达的miRNA序列信息对降解组数据进行分析,鉴定出49个miRNA的534个差异表达的靶基因。对靶基因进行功能分析,发现这些靶基因主要参与代谢过程、蛋白质结合、转录调控和应激反应。同时,选取4组miRNA及其靶基因进行q PCR验证,结果显示:检测的4组miRNA及其靶基因的表达结果与测序结果吻合,并且miRNA的表达与其靶基因的表达呈负调控关系。3、选取Cd胁迫下显著差异表达的miR408-3p及其靶基因UCL7进行了过表达与CRISPR-Cas9基因编辑的转基因研究。获得miR408-3p和UCL7过表达植株各30株,并各选取11株进行潮霉素基因鉴定及UCL7的荧光蛋白鉴定,确定10株miR408-3p过表达阳性苗及9株UCL7过表达阳性苗。同时,获得miR408-3p敲除植株10株,UCL7敲除植株8株,经测序验证,所有植株在靶标位点均存在定向编辑结果。本研究为miRNA及其靶基因在水稻Cd胁迫的调控网络中的功能表征提供了有价值的信息,并获得了用于miR408-3p及其靶基因UCL7功能研究的重要遗传材料。