水稻（Oryza sativa L.）作为全球最重要的粮食作物之一。在水稻的整个生长发育进程中常常会遭受周围环境中许多不利因素的影响,比如温度、湿度、光照、及各种病原菌等。这些不利因素通常会导致水稻植株发生ROS爆发、PCD、代谢途径紊乱、胼胝质累积及防卫反应相关基因表达量升高等,从而造成水稻类病斑性状的出现。水稻类病斑突变体通常在其叶片、叶鞘、茎秆或种子上自发形成大小、颜色等各异的坏死斑点。目前已鉴定的水稻类病斑突变体大多都提高了对一些病原菌的抗性,因此,水稻类病斑突变体是研究植物PCD和防卫反应发生机制的良好材料,研究和分析造成水稻类病斑表型产生的基因对了解水稻的抗病机制有重要意义。本研究中的类病斑突变体材料lml11（lesion mimic leaf 11）是通过EMS诱变粳稻品种中花11（ZH11）而来。我们主要对lml11突变体进行了包括表型分析、生理生化分析、种子灌浆、稻米品质、突变体种子发芽分析、抗病性分析、基因的克隆与功能分析、基因表达分析、生物信息学和转录组测序分析等方面的研究。通过这一系列的研究和分析,我们了解了lml11突变体类病斑表型的发生机制及其抗病性能,为水稻类病斑突变体的研究提供了理论参考。主要的研究结果如下:1.lml11突变体的表型特征:lml11突变体从三叶期时就已经表现出了红褐色类病斑性状。在分蘖期,lml11突变体叶片上的病斑更加明显且更为密集。进入抽穗期后,lml11突变体整个植株的叶片在两到三周时间内迅速布满红褐色的斑点,并导致叶片迅速枯死。农艺性状调查发现,lml11突变体的一些主要农艺性状如:株高、分蘖数、穗长、一次枝梗、二次枝梗、每穗粒数、每穗实粒数和结实率都表现出显著地下降。2.lml11突变体的生理生化特征:lml11突变体叶片中光合色素含量（如叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素）与野生型叶片相比呈现出极显著降低。光合速率测定显示lml11突变体叶片的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和胞间CO2的浓度等与野生型叶片相比表现出明显的降低。组织化学染色结果表明,lml11突变体叶片DAB染色后出现褐色沉积,NBT染色后出现蓝色沉淀,H2DCFDA探针染色后叶片气孔处出现绿色荧光;生理指标测定结果显示,H2O2和MDA含量显著升高,CAT酶活显著下降,这些结果均表明lml11突变体的叶片中积累了大量的活性氧。TUNEL检测和彗星实验均显示lml11突变体叶片中存在大量细胞程序性死亡。遮光实验和6-BA处理则证明了黑暗处理条件可以导致lml11突变体叶片中叶绿体的迅速降解,并造成了叶片细胞的快速死亡,表明lml11突变体的类病斑表型可能是黑暗诱导的。3.lml11突变体的灌浆速率和稻米品质:对lml11突变体和野生型不同灌浆时期种子进行调查和统计分析显示,lml11突变体中一部分种子基本没有灌浆,另一部分种子也因为突变体植株叶片的迅速死亡无法完全灌浆。与野生型相比,同一时期lml11突变体灌浆籽粒的鲜重和干重都显著下降。拷种分析显示,lml11突变体的种子除长度外,其宽度、厚度和千粒重都比野生型种子显著下降;lml11突变体的糙米在长度、宽度、厚度和千粒重方面较野生型下降更为显著。种子的灌浆情况和千粒重常影响种子的品质。调查发现,lml11突变体的种子有较多垩白,种子不通透。与野生型相比,lml11突变体种子胚乳的横截面有条柱状突起,淀粉颗粒无棱角,多呈现出球形或无规则形态型,大小各异,淀粉颗粒与颗粒之间存在肉眼可见的缝隙,且排列松散。稻米品质检测显示lml11突变体种子的总淀粉含量、直链淀粉含量和可溶性糖含量都比野生型种子显著下降;lml11突变体种子的糊化温度比野生型显著升高;lml11突变体种子的蛋白质含量较野生型种子明显升高。4.lml11突变体种子发芽分析:LML11基因突变后导致突变体种子无法通过正常的浸种途径发芽。GA处理发现,将lml11突变体种子用1μM、5μM和10μM浓度的GA溶液浸泡后,可以显著提高其发芽率。在GA处理7天后,1μM、和5μM浓度的GA甚至可以将lml11突变体种子的发芽率提高到55%。但10μM浓度的GA对lml11突变体和野生型发芽种子的根长和芽长有一定的抑制作用。5.lml11突变体类病斑性状的形成是由基因突变所致:lml11突变体的类病斑表型受一对单隐性基因控制。我们使用图位克隆的方法将LML11基因定位在11号染色体分子标记M5和M6之间,该区间的物理距离为61.3 kb。测序发现LOC＿Os11g40590的CDS上第277个碱基G突变成了碱基A,导致氨基酸序列中第93个氨基酸由缬氨酸转变为了异亮氨酸。将野生型的LML11基因的完整序列导入到lml11突变体中,转基因植株表现出了与野生型类似的表型。将野生型的LML11基因敲除后,转基因植株也出现了类病斑的表型。因此,LOC＿Os11g40590即为LML11基因。组织表达实验表明LML11是一个组成型表达基因。GUS转基因染色还显示LML11基因在发芽种子的胚芽中表达,LML11基因在灌浆籽粒中的表达分析显示其在灌浆9天左右时表达量达到最高。亚细胞定位结果表明LML11在细胞质和细胞核中均有表达。6.LML11基因的生物信息学分析:LML11基因的CDS有2793个碱基,编码930个氨基酸。在LML11蛋白氨基酸序列的N端存在一段甘氨酸重复序列,说明LML11蛋白可能属于GRDP。多重序列分析发现LML11蛋白的同源蛋白序列在多个单子叶植物、双子叶植物及苔藓中都有一段保守的未知功能区域,说明这一功能区域在进化的过程中是非常保守的。分析发现突变体中LML11基因的突变位点刚好在这个保守的未知功能区域上,我们推测水稻lml11突变体类病斑表型的产生与该保守未知区域的功能丧失有关。7.lml11突变体的抗病性:与野生型相比,lml11突变体对两个白叶枯菌小种PXO99A和PXOzhe173表现出了很好的抗性。而三个超表达株系对两个白叶枯菌小种PXO99A和PXOzhe173的抗性与野生型相比没有显著性差异。与野生型和三个超表达株系相比,病程相关基因PR1a、PR1b、PBZI、NAC和PAL在lml11突变体中的表达量极显著升高。8.lml11突变体的转录组测序分析:转录组数据显示野生型和lml11的转录组测序质量合格,且样本之间的重复性很好。lml11突变体和野生型的DEGs分析显示,lml11突变体中有2149个基因的表达量下调,有3380个基因的表达量上调;lml11突变体中绝大部分参与植物免疫反应基因的表达量较野生型显著升高。lml11突变体和野生型差异相关基因的GO富集结果显示,包括氧结合（GO:0019825）、新陈代谢过程（GO:0009607）、次生代谢过程（GO:0019748）、胁迫反应（GO:0006950）和激酶活性（GO:0003824）等与ROS积累相关的生物学进程得到了显著性富集。KEGG通路富集结果显示光合作用通路和光合生物中的碳固定通路得到了富集,表明lml11突变体类病斑表型的产生影响了突变体叶片的光合作用。