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金佛山方竹(Chimonobambusa utilis keng f.)是方竹属的典型竹种之一,秆型近似方形。近方形结构使得竹秆在耐撞性、横向抗拉强度等力学性能方面较传统的圆竹具备有一定的优势。方竹特异秆型的发现和命名已有较长历史,其宏观和微观结构的研究虽有少量涉及,但近方形秆型的结构特征和內源激素调控机理未见报道。本研究以金佛山方竹为对象,利用显微图像分析技术、液相色谱串联质谱、转录组测序技术,比较节间不同周向部位组织在宏观结构特征、微观构造特征、生理水平以及转录水平等方面的差异。通过植物激素含量的测定、转录组和代谢组学分析,探究含量显著差异的激素种类、激素相关基因的差异表达,构建基于植物激素合成和信号转导的转录、代谢调控网络,旨在解析内源激素调控近方形秆的形成机理。主要结果如下:(1)金佛山方竹茎秆宏观特征的观测结果表明,茎秆横截面的几何结构接近方形,这是由于茎秆壁厚在角(CR)和边(SR)部位的差异。CR和SR部位的秆壁厚度分别为5.74 mm和3.92 mm,差值为1.82 mm,表现出CR>SR的变化规律;茎秆横截面外缘的曲率半径也表现出了相同的变化规律。基于超椭圆方程的分析结果发现金佛山方竹秆型的几何结构为方圆形。(2)金佛山方竹茎秆微观构造的观测结果表明,近方形秆的形成与纤维形态在CR和SR部位的差异有密切的联系。茎秆CR和SR部位纤维壁厚分别为0.66μm和0.92μm,差值为0.26μm,p值为2.7×10-20,表现出CR<SR的变化规律;纤维腔径、维管束径向直径、维管束的弦向直径都表现出了相同的变化规律。(3)金佛山方竹茎秆內源激素测定结果表明,近方形秆的形成主要与生长素类、茉莉酸类、细胞分裂素类植物激素在CR和SR部位的含量差异密切相关。在检测出的8类88种植物內源激素中,有38种化合物的含量在CR和SR部位存在差异,主要有生长素类化合物吲哚-3-丁酸(IBA)、吲哚-3-乙酸(IAA)、吲哚乙酸-缬氨酸甲酯(IAA-Val-Me)、色胺(TRA)和L-色氨酸(TRP)的含量表现出SR>CR的变化规律;茉莉酸类化合物氧化戊烯基环戊烷丁酸(OPC-4)、茉莉酸-缬氨酸(JA-Val)、茉莉酸-异亮氨酸(JA-ILE)、茉莉酸(JA)、茉莉酸甲酯(MEJA)和12-氧-植物-二烯酸(OPDA)的含量表现出SR>CR的变化规律;细胞分裂素类化合物6-苄氨基嘌呤(BAP)、异戊烯腺嘌呤-9-葡糖苷(i P9G)、双氢玉米核苷-O-糖苷(DHZROG)、顺式玉米核苷-O-糖苷(c ZROG)和反式玉米素(t Z)的含量表现出SR>CR的变化规律;水杨酸类化合物水杨酸-2-O-β-葡萄糖苷(SAG)的含量表现出SR>CR的变化规律;植物激素含量之间比值GA/AUX、CKs/AUX、GA/ABA均表现出CR>SR的变化规律。(4)金佛山方竹茎秆转录组测序和初生代谢物检测分析结果表明,近方形秆的形成与苯丙烷生物合成以及亚油酸代谢通路相关,与茉莉酸类植物激素的生物合成和信号转导相关基因在CR和SR部位的差异表达密切相关。通过转录组学分析,共获得227.5 Gb高质量序列碱基,514条DEGs,360条上调表达,154条下调表达,显著富集到苯丙烷生物合成途径的DEGs条数最多。通过代谢组学分析,共检出82种DAMs,显著富集到亚油酸代谢、α-亚麻酸代谢KEGG途径中的化合物种类最多。综合转录组和代谢组学的联合分析说明,近方形秆型的形成与茉莉酸类相关基因的表达密切相关。(5)本研究绘制了基于植物激素合成和信号转导的转录、代谢调控通路图。结果表明,与异戊烯腺嘌呤核苷(5条)、水杨酸(13条)、顺式-玉米素-D-核糖甙(11条)、茉莉酸(10条)、色胺(19条)、L-色氨酸(23条)、吲哚-3-丁酸(13条)、吲哚-3-乙酸(11条)等8种化合物强相关的基因在CR和SR部位差异表达;与生长素类强相关的DEGs有66条,数量最多,其次为茉莉酸类。可能参与调控近方形秆型形成的关键酶和基因有生长素类合成相关苯丙氨酸/酪氨酸解氨酶基因(PTAL)、过氧化物酶基因(POD)、E3泛素-蛋白连接酶基因RHA2、α-L岩藻糖苷酶基因(AFU)、生长素响应蛋白(AUX/IAA),茉莉酸类合成和信号转导相关青素双加氧酶基因、氨基环丙烷合成酶基因、茉莉酸转录因子(MYC2)。据此,可以推测生长素类、茉莉酸类植物激素的积累与金佛山方竹近方形秆的形成密切相关。