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A dual‐subcellular localized β‐glucosidase confers pathogen and insect resistance without a yield penalty in maize

生物 卵菌 基因 遗传学 植物
作者
Chuang Liu,Sheng-Feng He,Junbin Chen,Mingyu Wang,Zhen-Ju Li,Luyang Wei,Yan Chen,Mei-Da Du,Dandan Liu,Cai Li,Chunju An,Vijai Bhadauria,Jinsheng Lai,Wangsheng Zhu
出处
期刊:Plant Biotechnology Journal [Wiley]
卷期号:22 (4): 1017-1032 被引量:4
标识
DOI:10.1111/pbi.14242
摘要

Summary Maize is one of the most important crops for food, cattle feed and energy production. However, maize is frequently attacked by various pathogens and pests, which pose a significant threat to maize yield and quality. Identification of quantitative trait loci and genes for resistance to pests will provide the basis for resistance breeding in maize. Here, a β‐glucosidase ZmBGLU17 was identified as a resistance gene against Pythium aphanidermatum , one of the causal agents of corn stalk rot, by genome‐wide association analysis. Genetic analysis showed that both structural variations at the promoter and a single nucleotide polymorphism at the fifth intron distinguish the two ZmBGLU17 alleles. The causative polymorphism near the GT‐AG splice site activates cryptic alternative splicing and intron retention of ZmBGLU17 mRNA, leading to the downregulation of functional ZmBGLU17 transcripts. ZmBGLU17 localizes in both the extracellular matrix and vacuole and contribute to the accumulation of two defence metabolites lignin and DIMBOA. Silencing of ZmBGLU17 reduces maize resistance against P. aphanidermatum , while overexpression significantly enhances resistance of maize against both the oomycete pathogen P. aphanidermatum and the Asian corn borer Ostrinia furnacalis . Notably, ZmBGLU17 overexpression lines exhibited normal growth and yield phenotype in the field. Taken together, our findings reveal that the apoplastic and vacuolar localized ZmBGLU17 confers resistance to both pathogens and insect pests in maize without a yield penalty, by fine‐tuning the accumulation of lignin and DIMBOA.
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