Regulation of responses induced by herbivory and jasmonic acid (JA) remains poorly understood in the important staple crop maize (Zea mays). MYC2 is the key transcription factor regulating many aspects of JA signaling, while mitogen-activated protein kinases (MAPKs or MPKs) play important roles in various plant physiological processes. Using a combination of reverse genetics, transcriptome analysis, and biochemical assays, we elucidated the important role of MPK4 in maize resistance to insects and in JA signaling. Silencing MPK4 increased the JA and jasmonoyl-isoleucine levels elicited by wounding or simulated herbivory but decreased maize resistance to armyworm (Mythimna separata) larvae. We showed that MPK4 is required for transcriptional regulation of many genes responsive to methyl jasmonate, indicating the important role of maize MPK4 in JA signaling. Biochemical analyses indicated that MPK4 directly phosphorylates MYC2s at Thr115 of MYC2a and Thr112 of MYC2b. Compared with nonphosphorylated MYC2s, phosphorylated MYC2s were more prone to degradation and exhibited enhanced transactivation activity against the promoters of several benzoxazinoid biosynthesis genes, which are important for maize defense against insects. This study reveals the essential role of maize MPK4 in JA signaling and provides insights into the functions of MAPKs in maize.

中文翻译：

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MPK4 磷酸化 MYC2 转录因子以调节玉米中的茉莉酸信号传导和食草反应


在重要的主食作物玉米 （Zea mays） 中，对食草和茉莉酸 （JA） 诱导的反应的调节仍然知之甚少。MYC2 是调节 JA 信号传导许多方面的关键转录因子，而丝裂原活化蛋白激酶 （MAPK 或 MPK） 在各种植物生理过程中发挥重要作用。结合反向遗传学、转录组分析和生化测定，我们阐明了 MPK4 在玉米抗虫性和 JA 信号传导中的重要作用。沉默 MPK4 增加了由伤害或模拟食草引起的 JA 和茉莉酰异亮氨酸水平，但降低了玉米对粘虫 （Mythimna separata） 幼虫的抗性。我们发现 MPK4 是响应茉莉酸甲酯的许多基因转录调控所必需的，表明玉米 MPK4 在 JA 信号传导中的重要作用。生化分析表明，MPK4 在 MYC2a 的 Thr115 和 MYC2b 的 Thr112 位点直接磷酸化 MYC2。与非磷酸化 MYC2 相比，磷酸化 MYC2 更容易降解，并且对几种苯并恶嗪类生物合成基因的启动子表现出增强的反式激活活性，这对玉米抵御昆虫很重要。本研究揭示了玉米 MPK4 在 JA 信号传导中的重要作用，并提供了对 MAPKs 在玉米中的功能的见解。