欧美杨WRKY转录因子的抗虫功能研究

明确欧美杨抗虫相关WRKY转录因子的抗虫功能,探索调控抗虫性的分子机制,为杨树抗虫育种提供理论指导。对美国白蛾取食欧美杨叶片进行转录组测序筛选抗虫相关 WRKY 转录因子;构建过表达载体遗传转化烟草或杨树,开展饲虫实验进行表型、生理生化、分子水平等指标测定,明确WRKY基因的抗虫功能;利用酵母双杂交、DNA亲和纯化测序(DAP-seq)、转基因植株的转录组及代谢组测序等技术揭示WRKY参与调控抗虫的分子机制。转录组测序共鉴定到 425 个抗虫相关转录因子,属于WRKY家族的有 34 个,其中PeWRKY31、PeWRKY41 和PeWRKY70 显著上调表达。PeWRKY31 的过表达转基因烟草提高了对棉铃虫的抗性。转录组测序和KEGG富集分析显示,过表达烟草株系中谷胱甘肽代谢、植物激素信号转导和MAPK信号通路相关基因表达升高,这些基因在植物抗虫中起重要作用。PeWRKY41 过表达转基因 84K杨对美国白蛾幼虫产生了抗性。DAP-seq分析PeWRKY41 的结合位点,最显著富集的基序是W-box元件。酵母双杂交显示酪蛋白激酶与PeWRKY41 相互作用。转录组分析表明,抗逆性基因(蛋白激酶、小檗碱桥酶、过氧化物酶、几丁质酶等)显著上调,差异表达基因发生在与生物和非生物胁迫防御相关的途径上,如类黄酮/黄酮和黄酮醇生物合成、萜类化合物合成、苯丙类生物合成等。PeWRKY70 的转基因 84K 杨对美国白蛾幼虫产生趋避作用,且转基因株系中防御性酶(多酚氧化酶和苯丙氨酸解胺酶)活性显著提高。DAP-seq筛选获得27150个PeWRKY70的潜在下游靶基因,其中PeWRKY31和PeWRKY41可能受 PeWRKY70 靶向调控。酵母双杂交证实 PeWRKY70 蛋白与胁迫响应相关的乙烯响应转录因子RAP2-3、F硫氧还原蛋白、SRC2 蛋白和重金属相关异戊二烯化蛋白存在互作关系。利用全转录组测序、DAP-Seq和代谢组测序数据进行联合分析,构建PeWRKY70 抗虫分子调控模型,即PeWRKY70 通过调控LAC2、AS1、BGLU12、PARC、GSVIVT00023967001、MEE23 等基因的表达,直接或间接调控精胺、香豆素、多酚氧化酶、绿原酸、苯甲醛、绿原酸等物质合成抵御害虫取食。欧美杨PeWRKY31、PeWRKY41和PeWRKY70 转录因子均正向调控抗虫性。