近日，吉林农业大学林学与草学学院赵曦阳教授团队在国际知名期刊《Plant Physiology and Biochemistry》（IF：5.7）发表了题为“PagWRKY40 transcription factor improved insect resistance of Populus alba ×P. glandulosa”的研究论文，系统探究PagWRKY40是一种能正向调控植物抗虫防御机制的转录因子，可通过调控茉莉酸及类黄酮类化合物的合成，进而增强84K杨对美国白蛾的抗性，可为未来培育新型抗虫林木品种提供候选种质资源，并为阐明植物抗虫防御机制奠定基础。
84K杨树（Populus alba×Populus glandulosa）具有生长迅速、适应性强等特点。然而，在生长过程中常受到美国白蛾（Hyphantria cunea）侵害。因此，培育抗虫转基因杨树已成为绿色防治害虫的重要策略。本研究以84K杨为试验材料，通过分子生物学和转基因技术手段，探究了PagWRKY40基因在抗虫防御中的功能及调控机制。
1. PagWRKY40基因的序列分析
PagWRKY40基因编码区域为960 bp，编码320个氨基酸，包含完整的WRKY结构域（WRKYGQK）和典型的C2H2锌指结构，并且与AtWRKY40的同源性最高。因此，该WRKY基因被命名为PagWRKY40。系统进化树结果表明PagWRKY40属于IIa亚族。
图 1 PagWRKY40蛋白多序列比对以及系统进化发育树分析
2. PagWRKY40基因的表达模式分析
PagWRKY40基因在叶片中显著表达，随着美国白蛾取食时间的加长，PagWRKY40基因的表达水平逐渐升高。此外，MeJA处理可显著诱导PagWRKY40基因的表达。
图 2 PagWRKY40基因表达分析
3. PagWRKY40蛋白亚细胞定位及转录激活活性分析
PagWRKY40蛋白定位在细胞核并且无转录激活活性。
图 3 PagWRKY40蛋白亚细胞定位以及转录激活试验
4. PagWRKY40过表达转基因84K杨的抗虫性分析
PagWRKY40过表达转基因84K杨可通过提高过氧化氢酶（CAT）、脂氧合酶（LOX）和多酚氧化酶（PPO）活性以及JA和类黄酮含量来增强对美国白蛾的抗性。
图 5 PagWRKY40过表达转基因植株生理指标测定
5. PagWRKY40过表达转基因84K杨的转录组分析
在正常条件下，氧化还原酶活性显著富集。取食处理后，与防御反应、类黄酮合成和脂肪酸代谢相关的GO显著富集。KEGG富集分析表明，在对照条件下，DEGs显著富集于次生代谢物的生物合成、MAPK信号通路、苯丙烷生物合成等；取食处理后，DEGs显著富集于类黄酮生物合成、苯丙烷生物合成、MAPK信号通路、植物激素信号转导和脂肪酸生物合成等。
图 6 PagWRKY40过表达转基因植株的转录组分析
6. PagWRKY40转录因子下游靶基因鉴定
基于以上研究结果，选取JA及黄酮类化合物的关键基因进行后续试验。RT-qPCR、酵母单杂交以及双荧光素酶试验结果表明，PagWRKY40能通过W-box元件结合PagLOX3-P2、PagPAL3和PagCHI的启动子片段。
图 7 PagWRKY40转录因子靶基因鉴定
7. 总结
本研究中，PagWRKY40蛋白定位于细胞核，不具备转录激活活性。PagWRKY40可通过W-box元件直接结合PagLOX3、PagCHI和PagPAL3基因的启动子区域，从而促进茉莉酸（JA）及黄酮类化合物的积累，进而增强对美国白蛾的抗性。
图 8 PagWRKY40在响应美国白蛾取食过程中的作用模式图
本论文通讯作者为我院张鑫鑫讲师、赵曦阳教授，第一作者为迟瑶讲师、硕士研究生孙悦。本研究得到农业生物育种2030国家科技重大专项“东北地区抗虫高产杨树新品种设计与培育”（2022ZD0401504）项目资助。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2026.111465
