欧美杨PeWRKY70通过苯丙烷类生物合成途径增强对美国白蛾幼虫的抗性

[目的]前期研究发现PeWRKY70 基因在美国白蛾幼虫取食欧美杨叶片转录组中显著上调表达，本研究以 PeWRKY70 为目标基因，探索和解析其在杨树抵御害虫取食过程中的生物学功能及分子机制。[方法]构建了PeWRKY70基因过表达载体，利用农杆菌介导的叶盘法对84K杨树进行遗传转化，获得6个转基因株系。对获得的转基因株系进行饲虫试验，测试PeWRKY70基因在杨树中的抗虫效果;利用转录组测序、DAP-Seq、酵母单双杂等技术揭示PeWRKY70调控的下游靶基因以及互作蛋白;利用代谢物组和挥发性代谢组分析，进一步验证PeWRKY70 在杨树抗虫过程中的生物学功能。[结果]PeWRKY70(972bp)基因属于第Ⅲ类WRKY亚家族，定位到细胞核，其启动子区域含有SA、JA、ABA和GA等激素响应元件。与野生型对照 84K 杨相比，过表达 PeWRKY70 基因可以提高对美国白蛾幼虫的抗性，并显著抑制幼虫的生长发育，且对杨树生长发育影响较小。DAP-seq显示在PeWRKY70 结合位点中最显著富集的基序是W-box元件，酵母单杂交表明PeWRKY70 可以与苯丙烷代谢途径中的过氧化物酶GSVIVT00023967001 和小檗碱桥酶MEE23 启动子结合。酵母双杂交技术证实PeWRKY70 蛋白无自激活活性，且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。对过表达PeWRKY70 转基因株系进行转录组和代谢组分析，结果显示差异基因和差异代谢物均主要富集在谷胱甘肽代谢、异喹啉生物碱生物合成和苯丙烷类生物合成等途径。转基因杨树导致与苯丙烷类生物合成途径相关基因GSVIVT00023967001和MEE23的表达水平提高，进一步引起与野生型相比更高的苯丙烷类代谢物积累。[结论]以上结果表明PeWRKY70 是杨树抗虫的正调节因子，可能通过调节GSVIVT00023967001 和MEE23 基因的表达促进苯丙烷类代谢物的合成来提高抗虫性。这一发现扩展了我们对WR KY 蛋白通过调节苯丙烷类生物合成途径提高植物免疫反应的认识，为杨树抗虫育种提供了新的基因资源和理论依据。