水稻斑点叶突变体数量众多,是解析水稻抗病机制的理想材料。首先它们能表现出类似于病原体侵染后的过敏反应,表现为典型的植物程序性细胞死亡。其次,程序性细胞死亡是植物抵御病原微生物攻击的有效手段,在植物免疫中起着至关重要的作用。本研究采用的实验材料为水稻斑点叶突变体HM143,该突变体来源于经EMS诱变的籼稻品种IR64突变体库。本项研究的目的是为了深入了解本斑点叶突变体在植物程序性细胞死亡和植物免疫中的作用。研究结果如下:1.在杭州夏季自然条件下,播种3周后的HM143突变体叶片出现大小不一的褐斑（坏死性病斑）。与野生型相比,突变体的千粒重和结实率显著降低,而其它农艺性状如植株高度、穗长、穗数、和每穗粒数无明显差异。我们推测HM143基因突变对部分水稻重要农艺性状造成严重影响。2.突变体HM143坏死性病斑的产生与叶绿素代谢及光合作用的缺陷有关。结果表明,HM143的叶绿素含量较低,光合作用参数如,净光合速率、气孔导度和蒸腾速率也分别下降;另外,光合作用相关基因的表达显著下调,而叶绿素合成相关基因的表达则明显上调。结果表明,突变影响了植株生理代谢,进而影响农艺性状。3.与野生型相比,突变体HM143中程序性细胞死亡被激活,表现为TUNEL核检测阳性,程序性细胞死亡相关基因表达上调,三种活性氧清除酶的活性包括,SOD、CAT和POD的活性都显著上升。与野生型相比,突变体中细胞死亡指标H2O2和MDA水平也显著升高。过氧化物的积累最有可能是细胞死亡的主要原因。4.HM143对白叶枯病菌的抗性增强。与野生型IR64相比,突变体HM143的抗病相关基因EDS1、NPR1、PR1b、PR10、PR1a、PR4、PR2、PAL4、WRKY82、WRKY85、WRKY45、JAMYb、LOX、PBZ1、CHS1、JAZ8、JAZ6和PAD4被显著激活。试验结果预示突变体对白叶枯病抗性增强是由于防卫反应基因的激活引起。5.控制斑点叶表型的目的基因splHM143定位于第4染色体长臂上,候选区域RM18662-RM18668标记间的物理距离为176 kb,该区域中含20个开放阅读框（ORFs）。测序结果显示第14个ORF（LOC＿Os04g25400）为候选基因,它在第12个内含子中发生了单碱基替换,导致了可变剪接。利用野生型等位基因转化突变体进行功能互补,转基因植株完全恢复为野生型表型,表明LOC＿Os04g25400是控制斑点叶表型的基因。6.斑点叶基因LOC＿Os04g25400含18个外显子和17个内含子,编码7-羟甲基叶绿素a还原酶（HCAR）,是一种参与叶绿素生物合成的酶,由309个氨基酸组成。Os HCAR是一个组成型表达的基因,在植物中其核苷酸序列高度保守。原生质体亚细胞定位表明,Os HCAR位于叶绿体上。7.为了更深入地了解Os HCAR在水稻中的作用,我们利用CRISPER/Cas9技术获得了Os HCAR敲除系。Os HCAR敲除株系表现出斑点叶表型、叶片衰老和程序性细胞死亡。更重要的是,它们对水稻白叶枯病的5个小种表现出更强的抗性,并且抗病相关基因表达上调。另外,在Kitaake背景下过表达Os HCAR产生的转基因株系对5个水稻白叶枯病小种易感,且抗病相关基因表达水平降低。该结果进一步表明,就是Os HCAR基因的变异导致突变体产生类病斑。综上结果表明,突变体HM143的斑点叶表型是由于Os HCAR基因的单碱基变异导致的。该突变体的叶绿素含量和光合能力的下降,同时突变体内活性氧的过度积累激活了细胞程序性死亡,最终导致突变体的白叶枯病抗性增强。