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CRISPR/Cas9-Mediated Targeted Mutagenesis of GmUGT Enhanced Soybean Resistance Against Leaf-Chewing Insects Through Flavonoids Biosynthesis

生物 棉铃虫 突变体 基因 异位表达 斜纹夜蛾 突变 表型 清脆的 类黄酮生物合成 铃夜蛾属 遗传学 拟南芥 植物 基因表达 转录组 生殖器鳞翅目 幼虫
作者
Yongxing Zhang,Wei Guo,Limiao Chen,Xinjie Shen,Hongli Yang,Yisheng Fang,Wenqi Ouyang,Sihua Mai,Haifeng Chen,Shuilian Chen,Qingnan Hao,Songli Yuan,Chanjuan Zhang,Yi Huang,Shan Zhang,Zengling Yang,Dandan Qiu,Xinan Zhou,Dong Cao,Xia Li,Yongqing Jiao
出处
期刊:Frontiers in Plant Science [Frontiers Media SA]
卷期号:13 被引量:22
标识
DOI:10.3389/fpls.2022.802716
摘要

Leaf-chewing insects are important pests that cause yield loss and reduce seed quality in soybeans (Glycine max). Breeding soybean varieties that are resistant to leaf-chewing insects can minimize the need for insecticide use and reduce yield loss. The marker gene for QTL-M, Glyma.07g110300 (LOC100775351) that encodes a UDP-glycosyltransferase (UGT) is the major determinant of resistance against leaf-chewing insects in soybean; it exhibits a loss of function in insect-resistant soybean germplasms. In this study, Agrobacterium-mediated transformation introduced the CRISPR/Cas9 expression vector into the soybean cultivar Tianlong No. 1 to generate Glyma.07g110300-gene mutants. We obtained two novel types of mutations, a 33-bp deletion and a single-bp insertion in the GmUGT coding region, which resulted in an enhanced resistance to Helicoverpa armigera and Spodoptera litura. Additionally, overexpressing GmUGT produced soybean varieties that were more sensitive to H. armigera and S. litura. Both mutant and overexpressing lines exhibited no obvious phenotypic changes. The difference in metabolites and gene expression suggested that GmUGT is involved in imparting resistance to leaf-chewing insects by altering the flavonoid content and expression patterns of genes related to flavonoid biosynthesis and defense. Furthermore, ectopic expression of the GmUGT gene in the ugt72b1 mutant of Arabidopsis substantially rescued the phenotype of H. armigera resistance in the atugt72b1 mutant. Our study presents a strategy for increasing resistance against leaf-chewing insects in soybean through CRISPR/Cas9-mediated targeted mutagenesis of the UGT genes.
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