冠碱处理下玉米抗倒伏能力改善的转录组动态格局gydF4y2Ba

背景gydF4y2Ba

倒伏是影响玉米产量的重要因素之一。株高是决定玉米植株构型的重要因素。gydF4y2BaZea mays L。gydF4y2Ba)，与高种植密度下的抗倒伏性密切相关。冠状毒素(COR)，是一种由病原体产生的植物毒素gydF4y2Ba两gydF4y2Ba，是茉莉酸(JA)的功能和结构类似物。gydF4y2Ba

结果gydF4y2Ba

在本研究中，我们发现COR作为一种新的植物生长调节剂，可以通过抑制伸长过程中的节间生长，有效降低杂交玉米(ZD958和XY335)和自交系玉米(B73)的株高和穗高，从而提高玉米抗倒伏能力。为了研究COR处理后节间基因表达的变化，我们收集了正常条件下和COR处理下自交系B73节间的时空转录组，包括三个不同发育阶段的节间三个不同区域(固定区、分生组织区和延伸区)。描述正常状态下这三个区域的基因表达水平，并与COR处理后的基因表达水平进行比较。共发现8605个corr - rgs响应基因，其中802个基因在节间特异表达。在这些corr - rgs中，分别有614、870、2123个仅在固定区、分生组织和延伸区表达变化。不同区域识别出的corr - rgs的数量和功能均发生显著变化，说明在三个区域调控的基因功能不同。此外，我们还发现在COR处理下，赤霉素和茉莉酸的基因发生了80%以上的变化。gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

这些数据提供了不同节间发育区域的基因表达谱和COR影响节间伸长的分子机制。提出了COR处理对节间响应的假定示意图，显示了COR影响节间伸长的基本过程。本研究为研究玉米节间发育提供了有益的资源，提高了我们对基于株高的玉米节间发育调控机制的认识。gydF4y2Ba

玉米是世界三大粮食作物之一，消耗量巨大。但玉米种植面积逐年递减。面对这种矛盾，主要的解决办法是提高单产，这可以通过培育新品种、增加种植密度和改善耕作条件来实现。在这些方法中，增加种植密度是最简单的方法，但会带来倒伏问题。适度降低株高是提高高密度玉米抗倒伏能力的有效策略。同时，暴雨和强风，直接导致玉米植株被淹或被困。倒伏会造成多种不利影响，包括产量减少15-18%、成熟期推迟、品质降低、收获困难、病虫害和鼠患加重[gydF4y2Ba66gydF4y2Ba，gydF4y2Ba106gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba

株高与倒伏率一般呈正相关。研究玉米生长机理和株高调控对提高玉米抗倒伏能力具有重要意义。gydF4y2Ba107gydF4y2Ba］．玉米株高主要由节间数和节间长度决定，尤其是第7 ~ 9节间，这是玉米茎秆倒伏的常见发生部位[gydF4y2Ba68gydF4y2Ba］．伸长阶段节间可分为分生组织区、伸长区和固定区三个部分[gydF4y2Ba120gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba

伸长节间的下端是分生组织，细胞分裂活跃的区域。延伸区位于分生组织上方，在那里细胞膨胀和原代细胞壁形成[gydF4y2Ba51gydF4y2Ba，gydF4y2Ba95gydF4y2Ba］．固定区，又称成熟区，位于节间的上端，细胞扩展生长停止，次生壁沉积为主要过程[gydF4y2Ba51gydF4y2Ba］．基因活性与这三类区域的特定生物过程密切相关。研究表明，与赤霉素(GA)和生长素相关的基因主要表达在节间伸长区，如gydF4y2Ba矮人1gydF4y2Ba，gydF4y2Ba矮人3gydF4y2Ba而且gydF4y2Babrachytic2gydF4y2Ba［gydF4y2Ba12gydF4y2Ba，gydF4y2Ba54gydF4y2Ba，gydF4y2Ba102gydF4y2Ba］．和gydF4y2Ba北亚gydF4y2Ba而且gydF4y2Ba计算机辅助设计gydF4y2Ba参与调控次生细胞壁合成的基因主要在固定区域表达[gydF4y2Ba15gydF4y2Ba，gydF4y2Ba39gydF4y2Ba］．然而，关于分生组织、延伸区和固定区之间的转录差异的信息还远远不清楚。gydF4y2Ba

许多激素相关基因已被证实与株高有关，如参与GA和茉莉酸(JA)的生物合成、转运和信号通路的基因[gydF4y2Ba16gydF4y2Ba，gydF4y2Ba55gydF4y2Ba，gydF4y2Ba97gydF4y2Ba］．一些基因通过调控遗传因子的合成和转导来影响株高gydF4y2Ba矮人1gydF4y2Ba，gydF4y2Ba矮人3gydF4y2Ba，gydF4y2BaGA20oxsgydF4y2Ba，gydF4y2BaGA3oxsgydF4y2Ba，gydF4y2BaCPSgydF4y2Ba，gydF4y2Ba矮植物8gydF4y2Ba而且gydF4y2Ba矮植物9gydF4y2Ba［gydF4y2Ba7gydF4y2Ba，gydF4y2Ba73gydF4y2Ba，gydF4y2Ba81gydF4y2Ba，gydF4y2Ba83gydF4y2Ba，gydF4y2Ba101gydF4y2Ba，gydF4y2Ba102gydF4y2Ba，gydF4y2Ba108gydF4y2Ba］．JA主要通过与GA和生长素的复合激素串扰影响株高。研究表明JA可通过诱导植物生长素的形成和分布gydF4y2BaASA1gydF4y2Ba表达和调控pin和overflow [gydF4y2Ba98gydF4y2Ba]，从而影响细胞伸长。此外，GA信号反向调节因子DELLAs可与JA途径相互作用，协调正常生长和生物胁迫防御[gydF4y2Ba110gydF4y2Ba］．因此，植物激素对控制节间发育具有重要意义。然而，由于生产成本高，体外环境下分子结构不稳定，直接应用植物激素在产量上非常困难。植物生长调节剂是一种具有类似植物激素作用的化合物，它克服了这些困难[gydF4y2Ba105gydF4y2Ba，gydF4y2Ba112gydF4y2Ba］．目前，用于农业的植物生长调节剂的主要成分是1,1-二甲基氯化哌啶(DPC)或乙烯利[gydF4y2Ba70gydF4y2Ba，gydF4y2Ba121gydF4y2Ba］．但玉米对DPC不敏感，乙烯利降低玉米产量[gydF4y2Ba52gydF4y2Ba，gydF4y2Ba71gydF4y2Ba］．随着种植密度和机械化水平的提高，迫切需要一种高效、安全的新型植物生长调节剂。gydF4y2Ba

冠状肾上腺素(COR)，由gydF4y2Ba假单胞菌syingaegydF4y2Ba病原体，是一种植物毒素[gydF4y2Ba46gydF4y2Ba，gydF4y2Ba50gydF4y2Ba，gydF4y2Ba76gydF4y2Ba]，功能与JA相似[gydF4y2Ba36gydF4y2Ba，gydF4y2Ba115gydF4y2Ba］．已经证明COR是JA的类似物[gydF4y2BaOne hundred.gydF4y2Ba]，活性是JAs的1000倍[gydF4y2Ba93gydF4y2Ba］．COR可对植物产生不利影响，如叶片褪绿症和疾病症状[gydF4y2Ba94gydF4y2Ba］．而低浓度的COR可以提高非生物的抗逆性[gydF4y2Ba40gydF4y2Ba，gydF4y2Ba104gydF4y2Ba，gydF4y2Ba124gydF4y2Ba］．目前，COR可通过微生物发酵法生产，具有环境污染低、化学残留少的优点。因此，COR作为一种新型的环境友好型植物生长调节剂，有望在农业上得到广泛应用。已有研究表明，COR可以抑制玉米根、下胚轴和中胚轴的伸长[gydF4y2Ba62gydF4y2Ba］．我们前期的研究表明，COR对降低株高有一定的作用[gydF4y2Ba85gydF4y2Ba，gydF4y2Ba99gydF4y2Ba]，而COR降低玉米株高的分子机制尚不清楚。gydF4y2Ba

在本研究中，玉米杂交种ZD958和XY335在COR处理下可通过缩短节间长度显著降低株高，从而提高抗倒伏能力。为了研究驱动节间对COR反应的潜在基因差异表达，在对照和COR处理下产生了包含节间成熟、分生组织和伸长区域的时空转录组。显示正常情况下三个区域的转录水平差异，并与COR治疗时的转录水平进行比较。共报道了8605个corr - rgs基因，其中节间特异性基因802个，占9.3%。在这些corr - rgs中，分别有614、870、2123个仅在固定区、分生组织和延伸区表达变化。基因本体富集分析表明，这三个区域的不同基因控制着它们的生长。此外，我们发现84%的GA相关基因和80%的JA相关基因在COR处理下受到显著影响。综上所述，节间对COR基因表达响应的差异表达图谱为未来研究COR降低株高的分子机制提供了理论支持。gydF4y2Ba

COR处理显著降低了玉米株高gydF4y2Ba

我们发现，在9片叶期，外源COR (10 μM)处理下，玉米杂交种ZD958和XY335的株高显著下降，平均下降约5 cm(图5)。gydF4y2Ba1gydF4y2Ba一个;额外的无花果。gydF4y2Ba1gydF4y2BaA和其他数据集gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)．单株粒重没有发生显著变化，但由于COR处理的倒伏率比田间对照低，因此可以提高产量(图1)。gydF4y2Ba1gydF4y2Bab, c;额外的无花果。gydF4y2Ba2gydF4y2BaA和其他数据集gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)．为了探索COR处理下玉米株高降低的机理，我们对已有参考基因组的B73自交系在第9叶期进行了COR处理[gydF4y2Ba48gydF4y2Ba在温室里生长。第7节节间在COR处理前已被完全拉长，因此其长度没有受到影响，但第9节节间的伸长在COR处理2天后被显著抑制(图1)。gydF4y2Ba1gydF4y2Bad;额外的无花果。gydF4y2Ba1gydF4y2BaB和其他数据集gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)．第9节间长度缩短约8.1%(平均13.96±1.75 cm缩短至12.83±1.50 cm)(图1)。gydF4y2Ba1gydF4y2Bae;额外数据集gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)．成熟期，经COR处理的B73自交系株高由205±16.56 cm下降到188.4±14.31 cm，穗高由93.85±11.21 cm下降到84.10±10.10 cm(图4)。gydF4y2Ba1gydF4y2BaG, h和i;额外数据集gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)．此外，我们发现在COR治疗下，第9节间抗骨折性显著增加(平均459±9.63 N到520.3±11.44 N)(图1)。gydF4y2Ba1gydF4y2Baf;额外数据集gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)，这可能是由于在节间皮层中有更多的外侧细胞数量。gydF4y2Ba2gydF4y2BaB).综上所述，COR是一种新的植物生长调节剂，可通过抑制节间伸长阶段的细胞伸长，有效降低玉米株高和穗高，有利于提高玉米抗倒伏能力。gydF4y2Ba

正常条件下玉米节间时空转录组的生成及COR处理gydF4y2Ba

为了探索COR处理下玉米株高降低的机理，我们利用RNA-seq对COR处理后第1、2、4天(九叶期)采集的第7节间固定区(F)、第9节间分生组织区(M)和伸长区(E)基因的转录水平进行了研究(图)。gydF4y2Ba2gydF4y2Baa).为便于后续描述，分别命名为F1_T(处理)、F2_T、F4_T、M1_T、M2_T、M4_T和E1_T、E2_T、E4_T。在正常生长条件下采集的相应对照分别命名为F1_C(对照)、F2_C、F4_C、M1_C、M2_C、M4_C和E1_C、E2_C、E4_C。Illumina测序仪共获得32.4亿reads，平均92.41% (gydF4y2Ba附加表1gydF4y2Ba)可以唯一定位到B73玉米参考基因组(RefGen_V4) [gydF4y2Ba48gydF4y2Ba]作者:Hisat2 [gydF4y2Ba53gydF4y2Ba］．归一化基因表达值通过计算每千碱基转录本每百万映射reads (FPKM)的片段数来描述。每个样本的表达水平用两个生物重复的平均FPKM值来描述，因为它们的相关系数很高(的平均值gydF4y2BaRgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba> 0.93。gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba)．为了减少转录噪声造成的误差，这里只将FPKM值大于1的基因定义为表达基因。总共有24048个表达基因(包括1400个转录因子)，在18个样本中的至少一个样本中有表达(附加数据集)gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)．gydF4y2Ba

主成分分析(PCA)结果显示，18个样品大致可分为三类，每一类对应一个特定的节间区域，且COR处理和未处理样品可以很好地分离(图4)。gydF4y2Ba2gydF4y2Bab).为了进一步增加我们得到的转录结果的可信度，我们检查了12个标记基因的表达模式，这些标记基因的表达区域之前有报道过。gydF4y2BaZmIncw1gydF4y2Ba，gydF4y2BaZmNAC109gydF4y2Ba，gydF4y2BaZmMYB32gydF4y2Ba,gydF4y2BaZmIRX9gydF4y2Ba是否参与糖转运和木质素合成过程的基因，并在固定区域显示高表达[gydF4y2Ba17gydF4y2Ba，gydF4y2Ba42gydF4y2Ba，gydF4y2Ba69gydF4y2Ba，gydF4y2Ba120gydF4y2Ba，gydF4y2Ba121gydF4y2Ba(图。gydF4y2Ba2gydF4y2Bac)。gydF4y2BaZmGSL1gydF4y2Ba，gydF4y2BaZmGRFTF1gydF4y2Ba，gydF4y2BaZmCslA1gydF4y2Ba,gydF4y2BaZmEXPA2gydF4y2Ba，与细胞分裂和细胞壁生物合成有关，在分生组织区有高表达[gydF4y2Ba65gydF4y2Ba，gydF4y2Ba117gydF4y2Ba，gydF4y2Ba125gydF4y2Ba(图。gydF4y2Ba2gydF4y2Bad)。gydF4y2BaZmUXSgydF4y2Ba(UDP-xylose合成酶)gydF4y2BaZmNST4gydF4y2Ba，gydF4y2BaZmCesA8gydF4y2Ba,gydF4y2BaZmCesA2gydF4y2Ba，参与细胞壁生物合成，在延伸区高度表达[gydF4y2Ba2gydF4y2Ba，gydF4y2Ba103gydF4y2Ba，gydF4y2Ba117gydF4y2Ba(图。gydF4y2Ba2gydF4y2Bae).我们的结果中这12个标记基因的表达偏好与之前的报道一致，说明固定区、分生组织区和延伸区样本采集良好。gydF4y2Ba

另外，我们发现gydF4y2BaZmPAL2gydF4y2Ba，gydF4y2BaZmPAL3gydF4y2Ba，gydF4y2BaZmPALgydF4y2Ba5,gydF4y2BaZmPOX1gydF4y2Ba，四个与玉米防御过程相关的基因[gydF4y2Ba26gydF4y2Ba，gydF4y2Ba82gydF4y2Ba),而gydF4y2BaZmAOS2agydF4y2Ba，gydF4y2BaZmLOX3gydF4y2Ba，gydF4y2BaZmLOX1gydF4y2Ba而且gydF4y2BaZmOPR6gydF4y2Ba，参与JA信号通路[gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba93gydF4y2Ba]，在COR治疗后表达显著差异(图。gydF4y2Ba2gydF4y2Baf, g)。这与COR不仅仅是一种植物毒素是一致的gydF4y2Bap .两gydF4y2Ba也是JA的类似物。总的来说，我们为玉米节间产生的时空转录组，无论是否经过COR处理，都是高质量和准确性的。gydF4y2Ba

正常情况下节点间的表达式分析gydF4y2Ba

在探究COR对玉米节间转录的影响之前，本文生成的时空转录组为我们提供了一个很好的机会来表征玉米节间固定区、分生组织区和伸长区特异性表达特征。gydF4y2Ba

正常条件下采集的节间组织中共检测到23349个表达基因，其中TFs 1357个(5.81%)(图5)。gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba一个;额外数据集gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba)．用k-means聚类算法将这些基因分为14种共表达类型。在4个模块中发现9776个基因(包括472个tf)在节间三个区域中的一个以上表达(图1)。gydF4y2Ba3.gydF4y2BaA)表示节间区域不同组织类型的共同功能过程。有趣的是，有58%(13573个基因(属于11个模块)主要表达在节间三个不同组织中的一个，反映了节间固定区、分生组织和伸长区之间的巨大差异。gydF4y2Ba

基因主要表达在固定区域(F)gydF4y2Ba

节间固定区域有7777个基因表达，其中F-I到F-V模块中有616个tf基因表达(图5)。gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba一个;额外数据集gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba)．F-I模块(961个基因，66个tf)、F-II模块(855个基因，46个tf)和F-III模块(855个基因，54个tf)的基因分别主要在第1、2、4天表达，F-IV模块(1509个基因，188个tf)的基因主要在第1、4天表达，第2天不表达，反映了固定组织发育过程中的转录动态。此外，模块F-V中有3597个基因(包括262个tf)在固定组织发育的三个点上连续表达。基因注释分析显示，这些固定区域相关模块主要被蛋白激酶活性、氨基酸磷酸化、ATP结合等相关基因过度代表(图4)。gydF4y2Ba3.gydF4y2Bab).最近的一项研究表明，乙烯水平的提高有利于成熟节间固定区域的细胞壁合成和沉积[gydF4y2Ba120gydF4y2Ba，gydF4y2Ba121gydF4y2Ba］．与此一致的是，F-I模块中有17个乙烯通路基因高表达，其中包括11个乙烯响应元件结合蛋白(EREBP)转录因子(gydF4y2BaZmEREB23gydF4y2Ba，gydF4y2BaZmEREB54gydF4y2Ba，gydF4y2BaZmEREB97gydF4y2Ba，gydF4y2BaZmEREB104gydF4y2Ba等)，1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶(gydF4y2BaZmACCO20gydF4y2Ba)、两个乙烯受体(gydF4y2BaZmERS14gydF4y2Ba而且gydF4y2BaZmETR40gydF4y2Ba)， 1个编码1-氨基环丙烷-1-羧酸合酶(gydF4y2BaZmACS6gydF4y2Ba)，一个流苏基因(gydF4y2BaZmTS6gydF4y2Ba)和一个bHLH转录因子(gydF4y2BaZmpco106446gydF4y2Ba)．gydF4y2Ba

主要在分生组织区表达的基因(M)gydF4y2Ba

M-I ~ M-III模块中表达的4124个基因，包括160个tf，最能反映节间分生组织区域的基因表达模式(图1)。gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba一个;额外数据集gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba)．分生组织区最典型的特征是细胞分裂剧烈。由此可见，M-II模块基因(1670个基因，包括65个tf)主要参与分裂相关过程，包括微管马达活性、微管基础运动、核小体组装、核苷酸结合、解旋酶活性、DNA复制和修复(图)。gydF4y2Ba3.gydF4y2Bab).如编码RAD51D和SPO11家族蛋白的基因，与DNA复制过程相关[gydF4y2Ba58gydF4y2Ba，gydF4y2Ba72gydF4y2Ba]，以及编码细胞周期蛋白家族蛋白(如细胞周期蛋白D1)的基因，它们与细胞分裂的G2期有关[gydF4y2Ba41gydF4y2Ba］gydF4y2Ba，gydF4y2Ba都包含在M-II模块中。M-I模块的591个基因，包括24个tf，在第1天主要在分生组织区表达。gydF4y2BaZmRAF1,gydF4y2Ba一个基因可以增加Rubisco的含量gydF4y2BaZmPPD1gydF4y2Ba而且gydF4y2BaZmYCF3,gydF4y2Ba两个基因可以提高玉米的光合作用能力[gydF4y2Ba74gydF4y2Ba，gydF4y2Ba111gydF4y2Ba，都包含在M-I模块中。这可能揭示了在进入细胞分裂旺盛的阶段之前，分生组织中需要大量的有机物质合成。M-III模块的基因(1863个基因，71个tf)在三个时间点均在分生组织中表达。在该模块中发现了与能量和激素信号转导相关的基因。如gydF4y2BaZmTIDP3692gydF4y2Ba而且gydF4y2BaZmZIM20gydF4y2Ba在糖酵解途径和细胞数量中起作用。它们在能量供应和细胞分裂中发挥重要作用，分别是[gydF4y2Ba1gydF4y2Ba，gydF4y2Ba79gydF4y2Ba可能在分生组织中起着不可或缺的作用。gydF4y2Ba

基因主要表达在延伸区(E)gydF4y2Ba

E-I和E-II模块的基因代表节间伸长区特定的基因转录水平(图1)。gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba一个;额外数据集gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba)．E-I模块(654个基因，包括41个tf)和E-II模块(1018个基因，包括68个tf)的基因分别在第1天和第4天主要表达在延伸区。gydF4y2BaZmROP2gydF4y2Ba而且gydF4y2BaZmROP9,gydF4y2Ba它们参与了细胞定向扩张的早期阶段[gydF4y2Ba28gydF4y2Ba),gydF4y2BaZmCA5P9gydF4y2Ba，与细胞伸长有关[gydF4y2Ba4gydF4y2Ba，gydF4y2Ba28gydF4y2Ba，gydF4y2Ba122gydF4y2Ba),而gydF4y2BaZmABI20gydF4y2Ba， B3结构域蛋白可能通过影响GA合成与茎伸长有关[gydF4y2Ba38gydF4y2Ba]，在E-I模块中也有发现。E-II模块过度表达与脂质转运、脂质结合、脂肪酸生物合成过程、转移酶活性、木糖基转移酶活性、细胞葡聚糖代谢过程和铜离子结合相关的基因(图)。gydF4y2Ba3.gydF4y2Bab).三个-扩张蛋白基因(gydF4y2BaZmEXPB5gydF4y2Ba，gydF4y2BaZmEXPB6gydF4y2Ba而且gydF4y2BaZmEXPB7gydF4y2Ba)，这与原生壁的合成有关[gydF4y2Ba57gydF4y2Ba]，以及四个纤维素合酶基因(gydF4y2BaZmCesA1gydF4y2Ba，gydF4y2BaZmCesA2gydF4y2Ba，gydF4y2BaZmCesA4gydF4y2Ba而且gydF4y2BaZmCesA9gydF4y2Ba) [gydF4y2Ba117gydF4y2Ba]被纳入E-II单元。综上所述，这些结果表明E-I和E-II模块基因与节间伸长区细胞的强烈伸长密切相关。此外，一些与细胞壁生物合成相关的nac和myb在该模块中特异性表达，如gydF4y2BaZmNAC92gydF4y2Ba，gydF4y2BaZmNAC86gydF4y2Ba，gydF4y2BaZmMYB23gydF4y2Ba而且gydF4y2BaZmMYB27gydF4y2Ba［gydF4y2Ba120gydF4y2Ba，gydF4y2Ba121gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba

COR处理下节间转录紊乱gydF4y2Ba

为了识别对COR处理有反应的基因，我们将9个处理过COR的样本与没有COR的对照样本进行了比较。最后，我们发现9个样本对中至少有一个在5%错误发现率(FDR)阈值和2倍以上变化时表达差异显著的基因共有8605个，包括490个tf，这些基因被指定为COR反应基因(corr - rgs)(附加数据集)gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)．在这些corr - rgs中，分别有3165、5226和6664个在固定区、分生组织区和延伸区被鉴定出来。用维恩图(Venn diagram)对这些基因进行分类。gydF4y2Ba4gydF4y2Ba结果表明，在固定区、分生区和伸长区分别有614,870,2123个COR-RGs特异表达，只有1452个(占全部COR-RGs的16.9%)在节间三种区域均有不同表达。这些结果反映了COR对不同组织类型的不同作用。COR对非固定组织的影响相对较严重，特别是延伸区，这与COR处理下株高降低的观察结果一致。gydF4y2Ba

在节间固定区域特异性识别出corr - rgsgydF4y2Ba

在固定区域特异性识别的corr - rgs分为固定区域上调组(F-up corr - rgs)和固定区域下调组(F-down corr - rgs)，分别包含327个基因(包括15个tf)和287个基因(包括27个tf)(图1)。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba一个;额外数据集gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)．基因本体(GO)富集分析表明，在F-up的COR-RGs中，参与铁离子结合、脂质代谢过程和氧化还原的基因过度表达，而在F-down的COR-RGs中，参与蛋白激酶活性和氨基酸磷酸化的基因过度表达(图1)。gydF4y2Ba5gydF4y2BaB)，包括许多抗压相关基因。JA信号通路相关基因上调与玉米抗逆性增强有关[gydF4y2Ba10gydF4y2Ba，gydF4y2Ba34gydF4y2Ba］．我们发现gydF4y2BaZmLOX5gydF4y2Ba，gydF4y2BaZmLOX6gydF4y2Ba，gydF4y2BaZmLOX10gydF4y2Ba，gydF4y2BaZmAOS1gydF4y2Ba，gydF4y2BaZmAOS3gydF4y2Ba，与脂质代谢过程及JA反应有关[gydF4y2Ba13gydF4y2Ba，gydF4y2Ba14gydF4y2Ba，gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba]在COR治疗后固定区域上调。gydF4y2BaZmPSEI7gydF4y2Ba是编码半胱氨酸蛋白酶抑制剂的基因，其表达可提高玉米的抗虫性[gydF4y2Ba10gydF4y2Ba，gydF4y2Ba49gydF4y2Ba，gydF4y2Ba80gydF4y2Ba]，在COR治疗后也在固定区域上调。另外，我们找到了的表达式gydF4y2BaZmPOX3gydF4y2Ba而且gydF4y2BaZmCYP11,gydF4y2Ba这是两个与四吡咯途径相关的基因，它们的高表达不利于植物抵抗生物胁迫[gydF4y2Ba27gydF4y2Ba，gydF4y2Ba37gydF4y2Ba，gydF4y2Ba84gydF4y2Ba]，在COR治疗后固定区域呈下降相关。gydF4y2Ba

在节间分生组织区域特异性识别出corr - rgsgydF4y2Ba

分生组织区特异性鉴定的corr - rgs包含328个上调基因(M-up corr - rgs，包括23个tf)和542个下调基因(M-down corr - rgs，基因，包括42个tf)(图1)。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba一个;额外数据集gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)．M-up的corr - rgs主要与细胞周期有关，如细胞周期调控和细胞周期检查点等。gydF4y2BaZmCKI4gydF4y2Ba编码一种可抑制细胞分裂的周期蛋白依赖性激酶抑制剂[gydF4y2Ba31gydF4y2Ba),而gydF4y2BaZmKRP1gydF4y2Ba是一种周期蛋白依赖性激酶抑制剂，可抑制细胞大小和细胞分裂[gydF4y2Ba77gydF4y2Ba］．这两个基因的上调表明，节间分生组织区细胞分裂活性普遍降低，与COR处理后株高的降低相一致。根据细胞分裂活性的降低，分生组织区与纤维素生物合成过程、膜和跨膜运输相关的基因下调(图5)。gydF4y2Ba5gydF4y2Bab).例如，许多CesA家族基因，包括gydF4y2BaZmCesA1gydF4y2Ba，gydF4y2BaZmCesA4gydF4y2Ba，gydF4y2BaZmCesA6gydF4y2Ba，gydF4y2BaZmCesA7gydF4y2Ba而且gydF4y2BaZmCesA9gydF4y2Ba，与细胞壁的纤维素合成密切相关，并能影响细胞伸长，被鉴定为M-down corr - rgs。此外,gydF4y2BaZmTRPS1gydF4y2Ba，一种通过改变细胞壁结构来减少细胞分裂的基因[gydF4y2Ba2gydF4y2Ba，gydF4y2Ba29gydF4y2Ba，gydF4y2Ba54gydF4y2Ba),而gydF4y2BaZmBR2gydF4y2Ba，一个影响跨膜转运蛋白活性的绿色革命基因，其低表达会导致株高降低[gydF4y2Ba64gydF4y2Ba]，在COR处理后节间分生组织区表达下调。总的来说，这些结果反映了COR对分生组织区细胞分裂的抑制作用。gydF4y2Ba

在节间伸长区可特异性识别出corr - rgsgydF4y2Ba

特异性鉴定的corr - rgs位于节间伸长区，其中包含1281个上调基因(up corr - rgs，包括23个tf)和842个下调基因(E-down corr - rgs，基因，包括80个tf)(图1)。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba一个;额外数据集gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)，远高于节间固定区域或分生组织区域的特异性表达。向上的corr - rgs富含与调控活性(如催化活性、核苷酸和RNA结合、RNA加工)、翻译(如核糖体、翻译伸长)和细胞结构建立(如核小体组装)相关的基因(图)。gydF4y2Ba5gydF4y2Bab).之前的研究表明gydF4y2BaZmGRAS19gydF4y2Ba而且gydF4y2BaZmGRAS58gydF4y2Ba可通过影响次生壁的形成、细胞增殖和细胞分化来干扰细胞伸长[gydF4y2Ba56gydF4y2Ba),而gydF4y2BaZmDCL101gydF4y2Ba，gydF4y2BaZmDCL104gydF4y2Ba而且gydF4y2BaZmDCL105,gydF4y2Ba编码DCL家族蛋白，与防御过程和植物高度有关[gydF4y2Ba19gydF4y2Ba，gydF4y2Ba89gydF4y2Ba),而gydF4y2BaZmGST10gydF4y2Ba，gydF4y2BaZmGST16gydF4y2Ba而且gydF4y2BaZmGST22gydF4y2Ba，编码谷胱甘肽转移酶，是相关的植物防御过程[gydF4y2Ba21gydF4y2Ba］．在这里我们发现所有这8个基因都被分组在接地向上的corr - rgs中。此外，我们还发现一些与细胞伸长率呈正相关的基因在节间伸长区表达下调。例如,gydF4y2BaZmCesA10gydF4y2Ba，gydF4y2BaZmCesA12gydF4y2Ba而且gydF4y2BaZmCesA13,gydF4y2Ba3个表达减少可抑制细胞伸长的纤维素合成酶基因[gydF4y2Ba2gydF4y2Ba，gydF4y2Ba24gydF4y2Ba，被下调了。此外，我们还发现了与GA反应相关的基因，如gydF4y2BaZmGID1gydF4y2Ba而且gydF4y2BaZmGID2gydF4y2Ba［gydF4y2Ba123gydF4y2Ba]，在COR处理后也下调，与抑制细胞伸长一致。总的来说，COR处理激活了防御过程，抑制了节间伸长区营养生长。gydF4y2Ba

corr - rgs在三个节间区域中的一个以上被发现gydF4y2Ba

除了在节间的固定区、分生组织区或伸长区具有休眠特异性的基因外，还有大量基因(4998个，占总corr - rgs的58.1%)在COR处理后的三个类型区域中的一个以上出现了休眠(gydF4y2Ba额外的gydF4y2Ba无花果。gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)．一个主要的类别是在分生组织和延伸区都有休眠，但在固定区域没有休眠的基因(2447)，符合分生组织和延伸区与节间长度密切相关。在分生组织和延伸区有1245个基因(包括53个tf)上调，主要与细胞分裂有关，如核小体组装、解旋酶活性、核小体、DNA复制和微管马达活性等。gydF4y2Ba4gydF4y2BaB)，有1202个基因(包括95个tf)在分生组织和延伸区下调，这些基因主要参与蛋白激酶活性、脂质代谢过程、糖基基团转移酶活性、转录调节剂活性和转移酶活性，转移氨基酰基以外的酰基(附加图)。gydF4y2Ba4gydF4y2BaB).根据分生组织区细胞分裂的抑制作用和延伸区细胞伸长的抑制作用，表达gydF4y2BaZmTHX43gydF4y2Ba而且gydF4y2BaZmIRX15gydF4y2Ba哪些与木聚糖生物合成有关gydF4y2BaZmCesA8gydF4y2Ba二次纤维素合酶复合体的一种成分，负责在细胞膨胀完成后合成纤维素[gydF4y2Ba5gydF4y2Ba，gydF4y2Ba9gydF4y2Ba，gydF4y2Ba22gydF4y2Ba，gydF4y2Ba25gydF4y2Ba，被下调了。此外，我们还发现了一些与生长素激活信号通路有关的基因，如gydF4y2BaZmARF7gydF4y2Ba而且gydF4y2BaZmIAA11gydF4y2Ba［gydF4y2Ba67gydF4y2Ba]，在分生组织和延伸区也下调。gydF4y2Ba

COR治疗后节间特异性基因有应答gydF4y2Ba

通过结合已公布的玉米不同组织(包括叶、穗、根、穗轴、丝、胚乳、果皮、种子、穗、胚和花药)的RNA-seq数据，我们有很好的机会识别节间特异性基因[gydF4y2Ba18gydF4y2Ba，gydF4y2Ba23gydF4y2Ba，gydF4y2Ba59gydF4y2Ba，gydF4y2Ba63gydF4y2Ba，gydF4y2Ba96gydF4y2Ba］．我们共鉴定出1376个基因(包括70个tf)在节间有特异性表达。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba；额外数据集gydF4y2Ba5gydF4y2Ba)．在这些节间特异性基因中，58.3%(802个基因，包括37个tf)属于corr - rgs(附加数据集)gydF4y2Ba6gydF4y2Ba)，显著高于COR_RGs占总表达基因的比例(35.8%)，说明COR_RGs中节间特异性基因的过度代表。特异性表达于节间的corr - rgs中，上调的有427个，下调的有375个。根据表达变化区域进行分组，我们发现有200个节间特异性COR_RGs在所有三种节间类型区域上调，占总数的24.94%。这些F + M + up节间特异性COR_RGs富含与磷酸三糖异构酶活性相关的基因(gydF4y2Ba额外的gydF4y2Ba无花果。gydF4y2Ba6gydF4y2Ba解析:选BgydF4y2BaZmTpi1gydF4y2Ba而且gydF4y2BaZmIPS1gydF4y2Ba(肌醇-3-磷酸合成酶)的表达可以启动植物的防御模式[gydF4y2Ba47gydF4y2Ba，gydF4y2Ba61gydF4y2Ba］．此外,gydF4y2BaZmSDHgydF4y2Ba(琥珀酸脱氢酶)和gydF4y2BaZmTH1,gydF4y2Ba它们与氧化应激的诱导有关gydF4y2Ba6gydF4y2Ba，gydF4y2Ba92gydF4y2Ba]也被识别为F + M + up节点间特异性cor_rg。这些结果表明，corr处理后，三种类型的节间区域普遍存在一些防御反应。此外，我们还发现了节间特异性基因gydF4y2BaZmPGP9gydF4y2Ba可以促进抑制生长素的运输[gydF4y2Ba32gydF4y2Ba),gydF4y2BaZmARR7gydF4y2Ba表达量的降低有利于提高玉米的防御能力。gydF4y2Ba45gydF4y2Ba),而gydF4y2BaZmABI32gydF4y2Ba其中表达量的减少有利于植物的抗旱性[gydF4y2Ba78gydF4y2Ba]，分别在固定区、分生组织区和延伸区特异性下调。和gydF4y2BaZmIAA41gydF4y2Ba生长素信号相关基因在固定区和延伸区均被下调，这与其表达量降低可抑制细胞膨胀导致植株矮化的报道一致[gydF4y2Ba109gydF4y2Ba，gydF4y2Ba118gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba

植物激素相关基因在COR处理下的差异表达gydF4y2Ba

植物的生长发育受一种复杂的植物激素串扰的调控，而ABA、IAA、GA和JA是这一过程中的关键成分[gydF4y2Ba35gydF4y2Ba，gydF4y2Ba75gydF4y2Ba］．我们首先研究了COR对ABA、IAA、GA和JA相关基因的调控作用。完全,我们发现34 ABA相关基因表达数据和47%(16)基因的表达可能影响软木。在这个研究中,169 IAA相关基因表达和52%(88)基因的表达水平可能影响软木。74 GA相关基因表达研究和表达式值为84%(62)的基因可能影响心脏,35是本文表达的相关基因,80%(28)个基因的表达受COR影响显著，GA(84%)和JA(80%)的COR- rgs比例显著高于ABA(47%)、IAA(52%)和所有基因(36%)。gydF4y2Ba额外的gydF4y2Ba无花果。gydF4y2Ba7gydF4y2Ba)．然后重点研究了COR对GA和JA相关基因的调控作用。gydF4y2Ba

COR对GA途径基因的影响gydF4y2Ba

GA是一种四环二萜植物激素，在植物生长过程中起着重要作用。在COR处理下显著差异表达的62个基因中，大部分基因在分生组织区和延伸区出现显著下调。减少GA生物合成和抑制GA信号通路可导致株高降低和节间缩短[gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba］．值得注意的是三个著名的绿色革命基因gydF4y2BaZmD3gydF4y2Ba，gydF4y2BaZmGA20ox2gydF4y2Ba而且gydF4y2BaZmGA20ox3gydF4y2Ba［gydF4y2Ba73gydF4y2Ba，gydF4y2Ba102gydF4y2Ba影响GA生物合成的基因]在COR处理后延伸区下调，这与前人的研究一致，这些基因的突变体具有矮化表型。的gydF4y2BaZmGID1gydF4y2Ba而且gydF4y2BaZmGID2gydF4y2Ba， F-box蛋白调节DELLA蛋白降解，均在节间伸长区下调。和gydF4y2BaZmCPS3gydF4y2Ba，gydF4y2BaZmKSgydF4y2Ba而且gydF4y2BaZmKAOgydF4y2Ba，与GA生物合成有关，在节间伸长区被下调(图5)。gydF4y2Ba6gydF4y2Baa).此外，赤霉素刺激样蛋白(gydF4y2BaZmGSL1gydF4y2Ba而且gydF4y2BaZmCl22897_1agydF4y2Ba)被鉴定为在分生组织区域和伸长节间被COR上调。他们的同源基因OsGASR3被报道可以降低gydF4y2Ba黄定gydF4y2Ba对水稻及其参与防御和影响水稻生长发育[gydF4y2Ba8gydF4y2Ba］．同时，我们还发现了DELLA蛋白gydF4y2BaZmGras46gydF4y2Ba它与控制ga诱导的生长和对环境变化的适应性有关[gydF4y2Ba44gydF4y2Ba]在COR治疗4 d后的分生组织区表达下调。这些结果表明，COR可以控制GA代谢和生物合成基因的表达，调节抑制节间伸长的信号转导。根据基因功能注释，这些受调控的GA相关基因可能是正常生长和防御过程所必需的。gydF4y2Ba

COR对JA途径基因的影响gydF4y2Ba

JAs是一种从脂质中提取的小分子化合物，在植物防御和正常生长之间的过渡中具有核心地位。80%的JA基因(28个基因)在COR治疗后差异表达(附加数据集)gydF4y2Ba7gydF4y2Ba)．与赤霉素相关基因在分生组织区和伸长区显著下调不同，JA相关基因在固定区显著上调(图1)。gydF4y2Ba6gydF4y2Bab).例如，在氧脂素生物合成中gydF4y2BaZmLOXsgydF4y2Ba，作为防御信号，在诱导防御基因工作中起重要作用[gydF4y2Ba14gydF4y2Ba)最gydF4y2BaZmLOXsgydF4y2Ba在COR治疗后固定区域上调，包括gydF4y2BaZmLOX5gydF4y2Ba，gydF4y2BaZmLOX6gydF4y2Ba，gydF4y2BaZmLOX9gydF4y2Ba，gydF4y2BaZmLOX10gydF4y2Ba而且gydF4y2BaZmLOX11gydF4y2Ba．的gydF4y2BaZmAOSsgydF4y2Ba(Allene oxide synthase)的表达上调，如gydF4y2BaZmAOS1gydF4y2Ba而且gydF4y2BaZmAOS2gydF4y2Ba在固定区和延伸区上调gydF4y2BaZmAOS3gydF4y2Ba主要在固定区域上调。gydF4y2BaZmOPR6gydF4y2Ba而且gydF4y2BaZmOPR8gydF4y2Ba具有催化功能的α、β-不饱和醛或酮的相邻双键可还原的编码酶在所有区域均上调，这与前人的报道一致gydF4y2BaZmOPR6gydF4y2Ba而且gydF4y2BaZmOPR8gydF4y2Ba受到与伤口相关的信号分子，如JA和乙烯的高度促进[gydF4y2Ba116gydF4y2Ba］．和gydF4y2BaZmOPR7gydF4y2Ba在分生组织区和延伸区上调。JAZ蛋白作为JA信号的抑制因子，在固定区也有上调gydF4y2BaZmJAZ5gydF4y2Ba而且gydF4y2BaZmJAZ6gydF4y2Ba而且gydF4y2BaZmJAZ10gydF4y2Ba(无花果。gydF4y2Ba6gydF4y2Bab)。gydF4y2Ba

COR能有效降低玉米节间长度、穗高和株高gydF4y2Ba

长期的阴雨天气和其他环境因素往往导致玉米倒伏严重。株高是玉米植株构型的一个重要决定因素，与高种植密度下的抗倒伏能力和冠层光合作用密切相关。适度降低株高是提高高密度恶劣环境下玉米抗倒伏能力的有效策略。在本研究中，我们证实了COR作为一种新的植物生长调节剂，可以通过抑制玉米杂交(ZD958和XY335)和自交系(B73)伸长过程中的节间生长，有效降低玉米株高和穗高，且不会造成单株产量下降(图1)。gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)．这些结果是对以往研究的进一步验证和补充[gydF4y2Ba85gydF4y2Ba，gydF4y2Ba99gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba

节间发育过程中不同区域基因的动态变化gydF4y2Ba

为了了解其不同节间区域响应COR治疗的分子机制，我们首先对对照组的转录组数据进行了3个时间点的分析，构建了节间不同区域发育过程的动态转录组景观(图1)。gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba)．提供的动态转录组数据清楚地展示了生长节间的三个关键区域，包括固定区、分生组织区和延伸区，揭示的发生区域与以往报道的研究一致[gydF4y2Ba117gydF4y2Ba，gydF4y2Ba120gydF4y2Ba，gydF4y2Ba121gydF4y2Ba］．在玉米节间伸长生长过程中，分别有2840、5973和7462基因主要表达在固定区、分生组织区和伸长区(图4)。gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba)．该基因库为未来的研究提供了丰富的资源，有助于提高我们对节间发育的遗传基础的认识，也有助于理解COR对节间伸长的影响。其中，我们检测到1376个茎部特征基因(共有70个tf)，这些基因将成为未来研究的重点(gydF4y2Ba额外的gydF4y2Ba无花果。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba)．gydF4y2Ba

我们发现，COR在M和E区显著调控的基因数量远远高于F区(图1)。gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)．这表明这两个区域受COR的影响最大，特别是E区域，这与表型结果一致(图1)。gydF4y2Ba1gydF4y2Bad;gydF4y2Ba额外的gydF4y2Ba无花果。gydF4y2Ba1gydF4y2BaBgydF4y2Ba)．COR在E区影响最多的基因与转录、翻译和蛋白质代谢有关。我们发现次生壁和防御过程基因上调，对株高有抑制作用，如gydF4y2BaZmGRAS19gydF4y2Ba，gydF4y2BaZmDCL101gydF4y2Ba而且gydF4y2BaZmGST10gydF4y2Ba［gydF4y2Ba21gydF4y2Ba，gydF4y2Ba56gydF4y2Ba，gydF4y2Ba89gydF4y2Ba(图。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba)．此外，一些细胞壁合成相关基因的下调，如gydF4y2BaZmCesA10gydF4y2Ba，gydF4y2BaZmCesA12gydF4y2Ba而且gydF4y2BaZmCesA13gydF4y2Ba，在E区也抑制细胞伸长(图。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba)．gydF4y2Ba

在节间伸长过程中，COR改变了GA和JA的通路gydF4y2Ba

GAs和JAs是两种重要的植物激素，在不同环境下对植物的生长发育起着至关重要的控制作用。GA在植物发育过程中起着至关重要的作用，JA作为调控因子控制着植物对胁迫的反应。在我们的研究中，我们发现大部分赤霉素合成和响应基因在分生组织区和伸长区被显著抑制，这与减少赤霉素生物合成和抑制赤霉素信号通路导致株高降低和节间缩短是一致的[gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba］．我们还发现JA相关基因在固定区域上调最为显著，这可能与木质素在固定区域次生细胞壁中产生和储存最多有关，且以JAs为主的植物防御与木质素合成相关基因的表达有关[gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba43gydF4y2Ba］．以上结果表明，COR处理主要通过激活固定区域的JA通路，抑制分生组织区域和伸长区域的GA通路，从而控制节间生长，从而降低株高(图1)。gydF4y2Ba7gydF4y2Ba)．gydF4y2Ba

在植物生长过程中，防御与生长的平衡是一个相互转换的过程，是植物根据各种生长线索和环境挑战协调资源供给的必要条件。值得注意的是，在我们的研究中，我们发现一些使植物及时关闭JAs信号通路的JAZ基因在COR处理4天后，在分生组织区域上调，而被称为GA信号抑制因子的DELLA蛋白ZmGras46在COR处理4天后下调。使植物能及时从防御状态转入正常的生长发育状态。这些结果可能解释了为什么COR可以有效地降低株高，而不影响后续玉米植株生长和单株产量。gydF4y2Ba

总之，我们的转录组数据显示了一幅节间发育的基因表达图和COR治疗后的基因表达差异图。COR影响节间伸长区细胞中GA的生物合成和信号转导，同时，节间伸长区细胞中与细胞壁和细胞骨架相关的基因也受到COR的抑制，从而影响节间细胞的正常扩增。这可能是COR处理后玉米节间缩短、株高降低的原因之一，为今后通过COR调控节间长度的关键因素的研究提供了坚实的基础，也为COR的应用提供了理论依据。gydF4y2Ba

植物材料gydF4y2Ba

本试验采用玉米杂交品种ZD958和XY335，分别采自河南金博士种子有限公司和山东登海先锋种子有限公司。本实验以中国玉米改良中心自交系玉米B73为材料。COR由中国农业大学农学院作物化学控制中心净化。ZD958和XY335于2018年夏季在中国山东省济南市(36°40′n, 117°00′e)种植。在光周期为16 h /8 h，昼夜温度为25℃/18℃的温室中栽培玉米B73。gydF4y2Ba

COR治疗gydF4y2Ba

冠碱由中国农业大学作物化学控制中心纯化。冠状碱纯度为> 99%，用高效液相色谱法(Milford, MA, USA)测定。用10倍(m/v)甲醇溶解COR，用水稀释后喷叶。用COR治疗的时间是第9叶完全展开后的第三天。COR的浓度为10 μmol·LgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}总液量为7ml·株gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}［gydF4y2Ba60gydF4y2Ba，gydF4y2Ba85gydF4y2Ba，gydF4y2Ba86gydF4y2Ba］．用水处理玉米，并加入与实验组相同量的甲醇，作为对照。gydF4y2Ba

表型的测定gydF4y2Ba

在田间试验中，证实了对株高、单株粒重和产量的观测。在灌浆后期，采用完全随机设计的两种处理(COR处理和水处理)，用尺子测量株高。收获后，测量单株产量和粒重。gydF4y2Ba

在温室中，分别在处理后第1、2、4天(图1)测量第7、9节间长度。gydF4y2Ba2gydF4y2Baa).另外，在灌水后期测量株高和穗高后，用尺子测量B73第9节间长度。采用YYD-1型(浙江拓普仪器有限公司，中国杭州)柱杆强度测试仪进行抗断裂性能测试。最后，利用GraphPad Prism 8软件对这些数据进行t检验显著性分析[gydF4y2Ba90gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba

节间显微结构观察gydF4y2Ba

灌浆后期，从玉米茎中采集第9节间中部。样品在Carnoy 's溶液(75%乙醇和25%醋酸等量混合)中处理10 h，然后保存在70%乙醇中。用双刃刀片从第9节间取截面，然后用红藏红花处理。基于Xu等人的方法，使用Olympus BX51显微镜(Olympus中国有限公司，北京，中国)观察茎的微观结构。[gydF4y2Ba105gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba

实验设计gydF4y2Ba

我们的实验包括两个完全随机析因设计的因素。本试验设计两个重复。实验的具体信息如下:(a)两个水平的COR因子(水对照和10 μmol·L处理)gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}COR)和(b)采样区域:第7节间(F)顶部0 - 1cm处约4mm的片段，第9节间(M)基部0 - 1cm处约4mm的片段和第9节间(E)基部1 - 2cm处约4mm的片段，采样时间分别为10 μmol·L处理后的第1、2、4天gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}软木)[gydF4y2Ba119gydF4y2Ba) (gydF4y2Ba额外的gydF4y2Ba无花果。gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)．36个样本进行RNA提取。每个样品用手术刀从至少三株植物中采集，收集在50ml的试管中，立即置于液氮中，最后保存在超低温冰箱(−80℃)中。每次取样时，用Milli Q水冲洗手术刀。gydF4y2Ba

RNA的提取和文库的制备gydF4y2Ba

所有样本的总RNA均使用Trizol (Invitrogen公司生产)根据说明书提取。然后用磁支架(Invitrogen)纯化总RNA。纯化的总RNA的Aliquots保存在−80°C冰箱中。测序文库采用5 μg总RNA，使用TruSeq™RNA样品制备试剂盒(Illumina Inc.， San Diego, USA)，按照制造商说明构建。根据Illumina文库构建方案，对合成的cDNA进行末端修复、磷酸化和' A '碱基加成处理。PCR经NEB 's Phusion DNA聚合酶处理15个循环后，在2% Low Range Ultra (Bio-Rad)琼脂糖上对cDNA靶片段进行大小选择。cDNA靶片段大小为200-300 bp。然后用TBS380 Picogreen (Invitrogen)对文库进行定量。所有双端测序文库均采用HiSeq xten (2 × 150bp读取长度)测序(Illumina Inc.， San Diego, USA)。gydF4y2Ba

RNA-seq数据分析gydF4y2Ba

为了对齐成对端读并控制读的质量，我们对成对端读进行了修剪，并用SeqPrep (gydF4y2Bahttps://github.com/jstjohn/SeqPrepgydF4y2Ba)及镰刀(gydF4y2Bahttps://github.com/najoshi/sicklegydF4y2Ba),分别。然后，利用Hisat2 [gydF4y2Ba53gydF4y2Ba］．使用Cufflinks (V2.2.0)软件处理唯一映射读取[gydF4y2Ba33gydF4y2Ba］．PFKM用于指示基因表达水平。的gydF4y2BaRgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba计算生物重复之间的间隔。并利用R软件的prcomp功能制作相关图片[gydF4y2Ba87gydF4y2Ba]，以方便图形描述所有样本与日志之间的相关性gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba(FPKM + 1)。gydF4y2Ba

采用R软件中的prcomp函数进行PCA分析[gydF4y2Ba87gydF4y2Ba]，以方便图形显示所有样本之间的相关性。日志gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba(FPKM+ 1)的基因用R (v3.6.1)进行PCA分析。gydF4y2Ba

基因共表达分析gydF4y2Ba

使用MeV (V4.9)软件的k-means算法对9个不同的无处理样本进行共表达分析[gydF4y2Ba87gydF4y2Ba］．基因的归一化表达是通过在所有样本上以其最大FPKM的表达量除以其表达量来进行的。最优聚类数量由优值图[gydF4y2Ba113gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba

差异表达分析gydF4y2Ba

为了在两个不同样本之间发现corr - rgs，采用FPKM方法计算每个转录本的表达水平。然后使用Cuffdiff计算差异表达基因，Cuffdiff是Cufflinks包(gydF4y2Bahttp://cufflinks.cbcb.umd.edu/gydF4y2Ba) [gydF4y2Ba91gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba

功能富集分析gydF4y2Ba

然后使用MapMan (v3.6.0)中的功能注释模块[gydF4y2Ba88gydF4y2Ba]用于评估每个共表达模块的功能类别富集。选择代表性蛋白(即每个基因最长的蛋白)，运行默认设置的Mercator后，我们进行MapMan注释。对给定模块是否存在过多的功能类别进行了Fisher精确度检验。利用Benjamini-Hochberg修正法得到gydF4y2BapgydF4y2Ba-值调整为Q值，并应用5%的容错率。gydF4y2Ba

茎特异性基因的筛选表达gydF4y2Ba

为了筛选茎秆特异性基因，从我们的研究中收集的18个茎秆样本和19个非茎秆转录组数据[gydF4y2Ba18gydF4y2Ba，gydF4y2Ba23gydF4y2Ba，gydF4y2Ba59gydF4y2Ba，gydF4y2Ba63gydF4y2Ba，gydF4y2Ba96gydF4y2Ba]收集自NCBI (gydF4y2Bahttp://www.ncbi.nlm.nih.gov/gydF4y2Ba)。我们使用了一种已经报道过的方法[gydF4y2Ba11gydF4y2Ba，gydF4y2Ba114gydF4y2Ba］．首先，用log对所有样本的表达式值进行归一化处理gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba(FPKM + 0.01)。其次，利用归一化表达值对不同茎组织中收集的基因与非茎组织进行z-score比较。如果一个基因在至少一个茎样本中z值大于3，则该基因被确定为茎特异性表达。然后，结合我们生成的转录组数据中的差异表达基因，我们使用MeV (V4.9)软件进行共表达分析，进一步探索COR对基因表达的影响。gydF4y2Ba

本研究中提及的基因序列信息可根据附加表2中的基因列表从文献中找到。该研究的转录组信息可从NCBI序列阅读档案(gydF4y2Bahttp://www.ncbi.nlm.nih.gov/sragydF4y2Ba通过登录号PRJNA633707。在这项研究中产生的其他数据包括在我们的文章及其补充文件中。gydF4y2Ba

林后:gydF4y2Ba

CoronatinegydF4y2Ba

是:gydF4y2Ba

JasmonategydF4y2Ba

COR-RGs:gydF4y2Ba

COR-responsive基因gydF4y2Ba

遗传算法:gydF4y2Ba

赤霉素gydF4y2Ba

DPC:gydF4y2Ba

1, 1-dimethyl-piperidinium氯gydF4y2Ba

FPKM:gydF4y2Ba

每千碱基转录片段每百万映射读取gydF4y2Ba

TF:gydF4y2Ba

转录因子gydF4y2Ba

主成分分析:gydF4y2Ba

主成分分析gydF4y2Ba

F:gydF4y2Ba

固定的区域gydF4y2Ba

M:gydF4y2Ba

分生组织区域gydF4y2Ba

艾凡:gydF4y2Ba

伸长区gydF4y2Ba

罗斯福:gydF4y2Ba

错误发现率gydF4y2Ba

EREBP:gydF4y2Ba

乙烯响应元件结合蛋白gydF4y2Ba

不适用。gydF4y2Ba

本研究由国家杰出青年科学基金项目(31425017)和国家重点研发计划项目(2017YFD0201300)资助，包括研究设计、数据收集、分析解读和撰写稿件。在实验和准备手稿期间，资助者没有其他作用。gydF4y2Ba

作者指出gydF4y2Ba

1. 任兆斌、王兴、陶群对这项工作都有贡献。gydF4y2Ba

从属关系gydF4y2Ba

1. 植物生理生化国家重点实验室，植物生长调节剂教育部工程研究中心，中国农业大学农学与生物技术学院，北京海淀圆明园西路2号，100193gydF4y2Ba

   任兆斌，王兴，陶群，郭青，周玉义，易飞，黄冠民，李艳霞，张明才，李兆虎，段柳生gydF4y2Ba

2. 北京农业大学植物科学与技术学院，北京市昌平区北农路7号，102206gydF4y2Ba

   Liusheng段gydF4y2Ba

贡献gydF4y2Ba

y.y.z和l.s.d设计了研究;Z.B.R、X.W、g.m.h和y.x.l进行玉米茎的形态观察;Z.B.R、F.Y、q.g和q.t对数据进行了分析;m.c.z和zh.l.提出了一些建设性的建议;Z.B.R, F.Y, X.W.和L.S.D.撰写并修改了论文。所有作者都审阅了手稿。gydF4y2Ba

相应的作者gydF4y2Ba

对应到gydF4y2Ba范易gydF4y2Ba或gydF4y2BaLiusheng段gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

伦理批准和同意参与gydF4y2Ba

不适用。gydF4y2Ba

发表同意书gydF4y2Ba

不适用。gydF4y2Ba

相互竞争的利益gydF4y2Ba

作者声明他们没有竞争利益。gydF4y2Ba

出版商的注意gydF4y2Ba

施普林格自然对出版的地图和机构附属的管辖权要求保持中立。gydF4y2Ba

开放获取gydF4y2Ba本文遵循创作共用署名4.0国际许可协议(Creative Commons Attribution 4.0 International License)，该协议允许在任何媒体或格式中使用、分享、改编、分发和复制，只要您给予原作者和来源适当的署名，提供创作共用许可协议的链接，并说明是否有更改。本文中的图片或其他第三方材料包含在文章的创作共用许可中，除非在材料的信用额度中另有说明。如果材料不包含在文章的创作共用许可中，并且您的预期用途不被法律法规允许或超出了允许的用途，您将需要直接从版权所有者那里获得许可。欲查看此许可证的副本，请访问gydF4y2Bahttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/gydF4y2Ba．创作共用公共领域奉献放弃书(gydF4y2Bahttp://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/gydF4y2Ba)适用于本文提供的数据，除非在数据的信用额度中另有说明。gydF4y2Ba

转载及权限gydF4y2Ba