ZmPP2C45 and ZmBELL4 suppress maize biochemical defense against insect herbivores

突变体 生物 植物对草食的防御 磷酸酶 基因沉默 基因表达 遗传学 细胞生物学 磷酸化 生物化学 基因
作者
Shanshan Zhang,Mei Luo,Renyu Deng,Yanling Cai,Jinfeng Qi,Caiyan Ma,Jie Mei,Wei Li,Wende Liu,Guirong Wang,Georg Jander,Shaoqun Zhou
出处
期刊:New Phytologist [Wiley]
卷期号:248 (2): 793-806 被引量:2
标识
DOI:10.1111/nph.70485
摘要

Benzoxazinoids (BZX) are the most abundant defensive metabolites of maize (Zea mays). Genetic fine-tuning of BZX metabolism holds the potential to enhance maize resistance against insect herbivory. Natural variation in BZX abundance has been associated with genetic polymorphism in ZmPP2C45. Here, we demonstrate that ZmPP2C45 encodes a nucleocytoplasmic-localized protein phosphatase 2C. The total BZX content in maize leaves was elevated by more than threefold in Zmpp2c45 knockout lines, whereas overexpression of ZmPP2C45 had no effect. Insect herbivore growth was significantly hampered in the Zmpp2c45 mutants. Expression of BZX biosynthetic (BX) genes was upregulated in a Zmpp2c45 mutant. Comparative phosphoproteomic analyses, protein-protein interaction experiments, and ex situ dephosphorylation activity assays suggested that a homeodomain-containing transcription factor, ZmBELL4, could be a potential target of ZmPP2C45. Dual luciferase assays and transient gene silencing in maize seedlings supported that ZmBELL4 suppressed BX gene expression dependent on its own phosphorylation state and reduced BZX content. Our findings reveal ZmPP2C45 and its putative molecular target, ZmBELL4, as two suppressors of BZX metabolism. These results shed light on a novel regulatory pathway of maize biochemical defense and present ZmPP2C45 as a promising candidate for genetic enhancement of maize insect resistance.
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