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水稻是世界上最主要的粮食作物之一,是全球半数以上人口的食物来源。水稻的高产和稳产对保障我国粮食安全具有重要的战略意义。水稻产量主要在灌浆期形成,水稻籽粒灌浆和籽粒大小是产量形成的关键要素之一。光是植物生长发育最重要的环境因素,除进行光合作用形成碳水化合物外,光还是一种信号物质,能够调控植物的生长发育。本文探究了红光信号对水稻籽粒灌浆的影响,结合RNA-Seq测序分析鉴定夜间红光照射后水稻籽粒灌浆的差异表达基因,初步预测了红光信号影响籽粒灌浆可能的调控路径。同时,选择了预测路径中处于“枢纽”位置的光敏色素互作因子家族的一个基因OsPIL15作为研究对象,深入探究了OsPIL15调控籽粒大小的作用机理和分子机制。本研究主要结果如下:1、2011年在水稻灌浆期,使用低于水稻光补偿点的红光于夜间对水稻进行长时间红光照射（夜间照射10 h,持续36 d）,结果表明:红光信号能显著降低水稻强弱势粒千粒重,其中弱势籽粒灌浆受影响较大。2012-2013年水稻灌浆期夜间对水稻进行短时间红光照射（夜间照射2 h,持续36 d）,结果表明红光信号使水稻千粒重显著下降,中部籽粒和弱势籽粒千粒重受影响较大。连续3年的夜间红光照射试验均表明,无论是长时间红光照射还是短时间红光照射均能对水稻籽粒灌浆产生显著影响,因此照射时间并不是一个决定性因素,红光信号才是造成这些变化的主要原因。对红光照射36 d水稻籽粒中糖淀粉含量研究发现,红光信号可使籽粒中蔗糖含量和可溶性糖含量降低,籽粒淀粉含量极显著降低。糖淀粉含量的降低最终导致水稻籽粒千粒重下降,产量降低。夜间红光照射可轻微影响灌浆期水稻光形态建成,使水稻穗茎抽出长度增加,水稻株高虽有增加但未达显著差异。2、夜间对处于灌浆期正常生长的水稻施加红光信号,会打破和影响其本身的昼夜节律性。利用RNA-Seq技术对红光照射后水稻籽粒胚乳中差异表达基因进行分析,红光照射后水稻籽粒中425个基因表达量发生显著变化。根据差异基因表达量高低,我们将红光和生物钟影响基因的调控关系分为4类:（1）红光负调控与生物钟有关基因;（2）与生物钟有关但不受红光调控基因;（3）不受生物钟控制但受红光正调控基因;（4）不受生物钟控制但受红光负调控基因。因此,夜间红光照射可影响水稻籽粒贮藏蛋白、糖淀粉合成代谢和激素信号转导和Ca2+浓度等途径基因表达,从而影响水稻籽粒灌浆。3、以光敏色素互作因子OsPIL15为研究对象,利用CRISPR/Cas9技术敲除OsPIL15基因,OsPIL15-KO材料籽粒粒长、粒宽和千粒重显著增加。在胚乳中特异超表达或干扰OsPIL15表达,OsPIL15-OX转基因材料糙米明显变小,千粒重降低,而OsPIL15-RNAi转基因材料糙米变大,千粒重增加。细胞组织学分析表明OsPIL15-KO株系籽粒变大是由小穗细胞数目增多引起的。RNA-Seq分析显示OsPIL15在籽粒中细胞发育、贮藏蛋白和细胞信号转导等方面发挥重要作用。进一步研究表明,OsPIL15可与启动子区域的N1-box（CACGCG）结合直接靶向嘌呤通透酶基因OsPUP7的表达。测定细胞分裂素（CTK）的生物活性形式之一异戊烯基腺嘌呤核苷（iPA）含量,结果显示与野生型相比,OsPIL15-KO株系小穗中iPA含量显著升高。综上,我们描绘了OsPIL15调控水稻籽粒大小可能的途径,OsPIL15可直接调控靶基因OsPUP7的表达,影响CTK转运进而影响细胞分裂,从而调控籽粒大小。本研究探究了水稻籽粒中OsPIL15的功能,在遗传改良和提高水稻产量上具有潜在的应用价值。