杨树抗天牛胁迫的miRNA调控机制解析及关键靶基因鉴定

本研究针对光肩星天牛(ALB)危害杨树的防治难题，通过比较抗性品种毛白杨(P. tomentosa)与感病品种107杨(Populus × euramericana '74/76')的miRNA表达谱，鉴定出34个和17个品种特异性差异miRNA，发现miR168/398/482家族通过调控CSD1、AGO1和LRR等靶基因参与抗虫反应。研究揭示了MAPK信号通路在抗性品种中的特异性激活，为杨树抗虫育种提供了分子靶点。

　　

光肩星天牛(Anoplophora glabripennis, ALB)作为最具破坏性的林木蛀干害虫之一，每年造成数十亿元的经济损失。这种鞘翅目害虫通过幼虫蛀食树干形成纵横交错的虫道，导致树木养分运输中断直至死亡。尽管化学防治短期内有效，但长期使用易引发环境问题和害虫抗药性。杨树作为我国重要的人工林树种，不同品种对ALB的抗性存在显著差异，但决定这种差异的分子机制始终是未解之谜。

中国林业科学研究院的研究团队在《Plant Science》发表的研究，首次系统比较了抗性品种毛白杨(Populus tomentosa)与感病品种107杨(Populus × euramericana '74/76')在ALB胁迫下的miRNA调控网络差异。通过田间观察发现，107杨树干虫道数量是毛白杨的3倍以上，且受害面积显著更大。研究采用小RNA测序(sRNA-seq)结合降解组分析，从河南濮阳试验林场获取的5年生杨树样本中鉴定出401个保守miRNA。

主要技术方法
研究选取生长状况一致的5年生杨树进行ALB接虫实验，通过sRNA-seq获取miRNA表达谱，利用降解组测序(PARE)验证靶基因，采用GO和KEGG进行功能富集分析，最后通过农杆菌介导的瞬时表达系统验证miRNA-靶基因互作关系。

Phenotypic changes of two poplar varieties
接虫7天后，107杨形成明显更大的坏死斑(直径>5cm)，而毛白杨仅出现局部轻微凹陷。组织切片显示107杨维管组织出现大面积断裂，而毛白杨形成明显的愈伤层隔离虫害区域。

miRNA表达特征分析
在毛白杨中发现34个ALB响应miRNA，包括上调的miR482c和miR398b；107杨中17个差异miRNA以miR168a表达变化最显著。值得注意的是，miR398家族在两种杨树中均响应ALB胁迫，但毛白杨中上调幅度达107杨的2.3倍。

靶基因功能解析
KEGG分析揭示毛白杨特异性激活MAPK信号通路(包含12个靶基因)，而107杨主要富集在苯丙烷代谢途径。共鉴定31个负调控靶基因，包括编码LRR受体样丝氨酸激酶(LRR-RLK)的PtRLK7和铜锌超氧化物歧化酶(CSD1)。

miRNA-靶基因验证
瞬时表达实验证实：miR398b通过切割CSD1 mRNA调控活性氧代谢；miR168a靶向RNA诱导沉默复合体核心组分AGO1；miR482c负调控抗病相关LRR基因，三者共同构成杨树抗虫的miRNA调控模块。

讨论与结论
该研究首次阐明miR482/miR398/miR168组成的"三位一体"调控网络在杨树抗ALB中的核心作用。毛白杨通过快速激活MAPK通路并协调次级代谢产物的合成，建立更有效的防御体系。相比而言，107杨由于AGO1蛋白的异常降解导致RNA干扰机制失效，可能是其感病的关键因素。研究发现为开发基于miRNA的林木抗虫育种技术提供了理论依据，其中miR398b-CSD1调控模块可作为分子标记用于抗性品种选育。研究还提出通过调控内源miRNA表达实现林木抗虫性状改良的新策略，对发展环境友好的森林保护技术具有重要意义。