程序性细胞死亡（Programmed Cell Death,PCD）是一种由生物自身基因介导的选择性消除部分细胞的生理机制。PCD对于植物维持其细胞生殖生长和营养发育至关重要,其中包括叶片或花瓣衰老,气管元件的发育,谷物糊粉细胞的变性等。同时,PCD可以作为一种防御病原菌侵染和非生物胁迫的反应机制,可以保证多细胞生物的稳定平衡。在植物与病原菌互作过程中,PCD通过被侵染位点及其周边区域细胞快速死亡的方式,来限制病原菌的侵染,以达到抗病的目的。本研究通过乙基甲磺酸（Ethyl Methane Sulfonate,EMS）诱变的方式构建了一个突变体库,并从中筛选获得一株具有类病变表型的水稻类病变突变体材料,将其命名为pir1。本实验主要是对突变体材料pir1进行农艺性状和生理表型分析,以及对pir1的目标基因进行初步定位,并通过转录组学和蛋白质组学分析pir1触发PCD的分子机制。研究的主要内容如下:1.pir1植株与野生型相比更为矮小,并且属于无花粉型,表现出明显的不育特征。通过叶片表型发现,pir1在苗期倒三叶和倒二叶出现了红褐色类病斑,并且在生长过程中病斑也明显增加。抗病鉴定表明pir1对白叶枯病的抗性明显强于野生型。台盼蓝（Trypan Blue,TB）和二氨基联苯胺（Diaminobenzidine,DAB）染色结果显示,突变体pir1在其叶片上出现明显细胞死亡和过氧化氢（H2O2）大量积累,这表明pir1的类病斑表型是H2O2诱导叶片细胞发生细胞程序性死亡的结果。2.遗传分析表明,pir1的类病变表型受单个隐性基因控制。利用图位克隆技术,初步将PIR1基因定位于第5号染色体上,进一步的精细定位将该目标基因定位于分子标记RM3321和RM3616之间,根据水稻基因组注释的网站,发现PIR1基因的目标区域约为498kb,包含65个预测的基因位点。65个预测基因中没有一个与带有PCD的水稻突变体的克隆基因相似,这表明PIR1基因是水稻PCD的新基因。3.在ZJ22a和pir1a、ZJ22b和pir1b、ZJ22c和pir1c、ZJ22a和ZJ22b、ZJ22a和ZJ22c、ZJ22b和ZJ22c、pir1a和pir1b、pir1a和pir1c、pir1b和pir1c之间分别鉴定了1679、6019、4500、5824、6000、1124、1653、3239、424个差异基因。基因本体论（Gene Ontology,GO）发现差异基因主要显著富集在“代谢过程”、“细胞过程”、“细胞”、“细胞器”、“催化活性”和“转运活性”等条目中。KEGG注释分析显示苯丙烷生物合成、α-亚麻酸代谢和油菜素类固醇生物合成通路是显著富集的。4.通过权重基因共表达网络分析（weighted gene co-expression network analysis,WGCNA）发现绿松石模块在野生型和突变体材料中基因表达谱显着不同,这表明该模块中的基因可能参与并触发PCD过程。将该模块中苯丙烷生物合成和激素生物合成通路中显着富集的差异基因构建基因调控网络,发现这些基因彼此之间具有密切的相互作用或间接交叉调控,这表明这些关键基因可能在调节PCD过程中起着至关重要的作用。5.利用蛋白质组学方法分析水稻类病变突变体pir1与其野生型之间差异表达的蛋白,对突变体pir1和野生型ZJ22的不同叶位进行双向荧光差异凝胶电泳结合质谱分析总共鉴定了321个差异表达倍数≥1.5倍且t-test≤0.05的蛋白,其中87个蛋白上调,234个蛋白下调。对这些差异蛋白进行生物信息分析,发现这些蛋白参与不同的生物过程,包括光合作用、糖代谢、防御反应、氧化还原和能量代谢等。结合相关研究内容,模拟突变体pir1参与细胞程序性死亡的调控网络图。