Increasing Fusarium verticillioides resistance in maize by genomics-assisted breeding: Methods, progress, and prospects

生物 镰刀菌 伏马菌素 真菌毒素 数量性状位点 分子育种 生物技术 植物抗病性 植物育种 农学 基因 遗传学
作者
Yufang Xu,Zhirui Zhang,Ping Lu,Ruiqi Li,Peipei Ma,Jianyu Wu,Tao Li,Huiyong Zhang
出处
期刊:Crop Journal [KeAi]
卷期号:11 (6): 1626-1641 被引量:26
标识
DOI:10.1016/j.cj.2023.07.004
摘要

Maize (Zea mays L.) is an indispensable crop worldwide for food, feed, and bioenergy production. Fusarium verticillioides (F. verticillioides) is a widely distributed phytopathogen and incites multiple destructive diseases in maize: seedling blight, stalk rot, ear rot, and seed rot. As a soil-, seed-, and airborne pathogen, F. verticillioides can survive in soil or plant residue and systemically infect maize via roots, contaminated seed, silks, or external wounds, posing a severe threat to maize production and quality. Infection triggers complex immune responses: induction of defense-response genes, changes in reactive oxygen species, plant hormone levels and oxylipins, and alterations in secondary metabolites such as flavonoids, phenylpropanoids, phenolic compounds, and benzoxazinoid defense compounds. Breeding resistant maize cultivars is the preferred approach to reducing F. verticillioides infection and mycotoxin contamination. Reliable phenotyping systems are prerequisites for elucidating the genetic structure and molecular mechanism of maize resistance to F. verticillioides. Although many F. verticillioides resistance genes have been identified by genome-wide association study, linkage analysis, bulked-segregant analysis, and various omics technologies, few have been functionally validated and applied in molecular breeding. This review summarizes research progress on the infection cycle of F. verticillioides in maize, phenotyping evaluation systems for F. verticillioides resistance, quantitative trait loci and genes associated with F. verticillioides resistance, and molecular mechanisms underlying maize defense against F. verticillioides, and discusses potential avenues for molecular design breeding to improve maize resistance to F. verticillioides.
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