柴胡是我国传统的大宗中药材,已经有2000年的使用史。药典记载柴胡有疏散退热、疏肝解郁、升举阳气的功能,主治感冒发热、寒热往来、胸胁胀痛、月经不调等病症。随着近年来大众对柴胡需求量的上升,野生柴胡资源遭到掠夺式采收。选育优良的新品种可有效缓解市场需求并保护柴胡野生资源。柴胡主要药用成分柴胡皂苷储存于根部韧皮部,且侧根含量明显高于主根。因此要定向培育主根细长,侧根多的柴胡以获得药效稳定的高产新品种。CRISPR/Cas9（clustered regularly interspaced short palindromic repeats/Cas9）作为一种新的基因编辑工具,具有操作简单、成本低、周期短的优点,在定向改造植物,培育新品种上表现出了巨大的潜力。本研究利用CRISPR/Cas9技术靶向编辑侧根发育相关的生长素响应蛋白基因BcIAA13,以期获得基因编辑的柴胡植株,为建立简便高效的柴胡CRISPR/Cas9基因编辑体系及柴胡新种质创奠定坚实的基础。同时对柴胡侧根发育相关基因血红素加氧酶（Heme Oxygenase,HO）进行鉴定和表达分析,为进一步利用分子育种选育柴胡新品种提供理论基础。本论文的主要研究结果如下:1.Crispr/Cas9表达载体的构建根据柴胡BcIAA13 cDNA序列,通过在线设计软件选取靶位点设计引物,利用重叠PCR将靶位点序列组装至sg RNA骨架及表达载体上,构建了p HEC401-DT1T2 CRISPR表达载体。2.柴胡原生质体制备体系优化及瞬时转化。以柴胡下胚轴愈伤组织为材料,对影响柴胡原生质体制备的相关因素进行探究,获得了最佳体系:28℃,黑暗条件下酶解6 h后,200 g/min离心5 min纯化收集原生质体,其产量约为8.73×10~5个/g,活力约为90.8%。以分离纯化的原生质体为转化对象,在浓度为20%的PEG4000介导下,将带有绿色荧光蛋白的载体转入从柴胡愈伤分离获得的原生质体中,转化效率为45%。3.瞬时转化检测sgRNA的靶向能力。将构建成功的pHEC401-DT1T2载体转化至柴胡原生质体中,检测载体对原生质体基因组的靶向能力。结果显示:靶基因编辑成功,在靶点1和靶点2附近的序列中有碱基替换,编辑效率为19.4%。4.柴胡遗传转化体系的建立与优化。将构建好的pHEC401-DT1T2转化发根农杆菌后侵染柴胡组织,并优化体系得到最佳条件为:以下胚轴为材料,预培养10天后,OD600=0.3的浓度进行浸染,潮霉素浓度为8 mg进行筛选分化30 d,即可分化出现不定根,60 d后大量生长。对获得的抗性不定根进行载体Cas9基因PCR检测及BcIAA13基因靶向序列测序,结果显示不定根中含有Cas9基因序列且BcIAA13靶位点发生碱基突变和缺失。表明完成了柴胡BcIAA13的编辑,建立了柴胡CRISPR/Cas9编辑体系。5.柴胡HO家族的鉴定及表达分析根据川北柴1号（CBC1）及川红柴1号（CHC1）苗期根系发育转录组数据,从柴胡中鉴定出5个Bc HO基因,并对其表达模式进行分析。鉴定结果显示,所有Bc HO都含有保守的Heme Oxgenase结构域。柴胡HO基因含有一个独特的Motif 5,这个结构的功能还有待探索。柴胡HO与拟南芥,水稻,胡萝卜的7个HO全长序列的系统发育分析表明柴胡的5个HO均属于HO1亚家族。HO基因在两种基因型柴胡5 d全根、15 d根尖和成熟区中的表达随着侧根的出现而降低,表明HO参与了CBC1和CHC1侧根的发育。