基于转录组和激素水平解析山杨×银白杨对舞毒蛾口腔分泌物的防御诱导机制及关键基因鉴定

本研究针对山杨×银白杨对舞毒蛾口腔分泌物的防御机制展开探索，通过转录组学和激素水平分析，鉴定出关键防御相关基因。研究人员揭示了植物-昆虫互作中的分子调控网络，为林木抗虫育种提供了新靶点，成果发表于《Phytochemistry》。

　　

在森林生态系统中，植食性昆虫与宿主植物之间的"军备竞赛"持续了数亿年。舞毒蛾(Lymantria dispar)作为重要的林业害虫，其口腔分泌物(oral secretions)中含有能触发植物防御反应的诱导因子，但具体机制尚不明确。山杨(Populus davidiana)与银白杨(P. bolleana)作为我国重要的造林树种，其杂交后代展现出独特的抗虫特性，这为解析植物防御机制提供了理想模型。

云南中医药大学的研究人员通过整合转录组测序和植物激素检测技术，系统研究了山杨×银白杨杂交种对舞毒蛾口腔分泌物的响应机制。研究发现，茉莉酸(jasmonic acid, JA)和水杨酸(salicylic acid, SA)信号通路在防御反应中起核心调控作用，并鉴定出12个关键防御相关基因。这些基因涉及次生代谢物合成、病程相关蛋白表达等过程，为培育抗虫杨树新品种提供了分子标记。

研究采用的主要技术包括：Illumina高通量转录组测序分析差异表达基因；液相色谱-质谱联用技术(LC-MS)检测JA、SA等防御相关激素水平；加权基因共表达网络分析(WGCNA)构建基因调控网络；qRT-PCR验证关键基因表达模式。

【防御诱导与关键基因鉴定】
通过比较处理组与对照组的转录组数据，发现1，238个差异表达基因(DEGs)，其中上调基因主要富集在苯丙烷类代谢、萜类合成等防御相关通路。

【激素水平动态变化】
JA和SA含量在处理后6小时达到峰值，分别比对照组增加3.2倍和2.7倍，表明这两条信号通路协同调控防御反应。

【共表达网络分析】
WGCNA识别出6个与防御表型显著相关的基因模块，其中"MEturquoise"模块包含4个编码病程相关蛋白(PR proteins)的核心基因。

【关键基因功能验证】
通过病毒诱导基因沉默(VIGS)技术证实，PbWRKY53和PbMYB108两个转录因子通过调控单宁合成酶基因表达影响抗虫性。

研究结论表明，山杨×银白杨通过快速激活JA/SA信号通路和重构次生代谢网络来应对舞毒蛾取食压力。发现的12个关键基因中，有7个与二氢-β-沉香呋喃型倍半萜(dihydro-β-agarofuran sesquiterpenoids)合成相关，这类化合物能显著抑制昆虫中肠消化酶活性。分子对接模拟显示，PbCYP71B35编码的细胞色素P450酶可能通过催化倍半萜骨架修饰增强其生物活性。

该研究首次系统阐明了杨树杂交种防御舞毒蛾的分子机制，不仅为理解植物-昆虫协同进化提供了新视角，更重要的是为分子设计育种提供了靶点基因。鉴于舞毒蛾在全球范围内对森林生态系统的威胁，这些发现具有重要的应用价值。研究采用的"转录组-激素-代谢物"多组学整合策略，也为其他植物防御研究提供了方法学参考。