Phenolic compounds are among the most diverse and widespread of specialized plant compounds and underly many important agronomic traits. Our comprehensive analysis of the maize genome unraveled new aspects of the genes involved in phenylpropanoid, monolignol, and flavonoid production in this important crop. Remarkably, just 19 genes accounted for 70 % of the overall mRNA accumulation of these genes across 95 tissues, indicating that these are the main contributors to the flux of phenolic metabolites. Eighty genes with intermediate to low expression play minor and more specialized roles. Remaining genes are likely undergoing loss of function or are expressed in limited cell types. Phylogenetic and expression analyses revealed which members of gene families governing metabolic entry and branch points exhibit duplication, subfunctionalization, or loss of function. Co-expression analysis applied to genes in sequential biosynthetic steps revealed that certain isoforms are highly co-expressed and are candidates for metabolic complexes that ensure metabolite delivery to correct cellular compartments. Co-expression of biosynthesis genes with transcription factors discovered connections that provided candidate components for regulatory modules governing this pathway. Our study provides a comprehensive analysis of maize phenylpropanoid related genes, identifies major pathway contributors, and novel candidate enzymatic and regulatory modules of the metabolic network.

中文翻译：

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发现与玉米酚类化合物生物合成和调控相关的模块

酚类化合物是最多样化和最广泛的特殊植物化合物之一，是许多重要农艺性状的基础。我们对玉米基因组的综合分析揭示了与这种重要作物中苯丙烷、木质素和类黄酮生产有关的基因的新方面。值得注意的是，仅 19 个基因就占了这些基因在 95 个组织中总 mRNA 积累的 70%，表明这些是酚类代谢物通量的主要贡献者。八十个中低表达的基因扮演次要和更专业的角色。剩余的基因可能正在丧失功能或在有限的细胞类型中表达。系统发育和表达分析揭示了控制代谢入口和分支点的基因家族的哪些成员表现出重复、亚功能化、或功能丧失。在连续生物合成步骤中应用于基因的共表达分析表明，某些同种型高度共表达，并且是代谢复合物的候选物，可确保代谢物递送至正确的细胞区室。生物合成基因与转录因子的共表达发现了为控制该途径的调节模块提供候选成分的连接。我们的研究对玉米苯丙烷相关基因进行了全面分析，确定了主要途径贡献者，以及代谢网络的新候选酶促和调节模块。在连续生物合成步骤中应用于基因的共表达分析表明，某些同种型高度共表达，并且是代谢复合物的候选物，可确保代谢物递送至正确的细胞区室。生物合成基因与转录因子的共表达发现了为控制该途径的调节模块提供候选成分的连接。我们的研究对玉米苯丙烷相关基因进行了全面分析，确定了主要途径贡献者，以及代谢网络的新候选酶促和调节模块。在连续生物合成步骤中应用于基因的共表达分析表明，某些同种型高度共表达，并且是代谢复合物的候选者，可确保代谢物递送到正确的细胞区室。生物合成基因与转录因子的共表达发现了为控制该途径的调节模块提供候选成分的连接。我们的研究对玉米苯丙烷相关基因进行了全面分析，确定了主要途径贡献者，以及代谢网络的新候选酶促和调节模块。