四川农业大学揭示杨树与昆虫互作新机制

植物与昆虫之间存在着一场永无休止的“军备竞赛”。茉莉酸作为植物防御反应中的核心激素，其信号通路的精准调控是植物取胜的关键。其中，JAZ蛋白是JA信号通路的关键抑制子，然而，植物如何整合其他因子与JAZ蛋白协作，以应对不同类型昆虫的攻击，仍是一个有待阐明的科学问题。
2025年10月，四川农业大学何方教授课题组联合云南大学李博、林恬恬团队在植物学知名期刊The Plant Journal 上发表了题为 The E3 ubiquitin ligase PtrRZFP4 positively regulates jasmonate signaling and plant defense against a specialist herbivore in poplar的研究论文。该研究成功鉴定到一个杨树E3泛素连接酶PtrRZFP4，并深入解析了其通过PtrRZFP4-PtrJAZ2模块精准调控茉莉酸信号通路以应对不同食性昆虫的分子机制。

研究内容与主要发现：1.关键E3连接酶的发现与诱导表达：研究团队通过分子生物学与多组学技术，鉴定到杨树中一个名为PtrRZFP4的E3泛素连接酶。研究发现，在昆虫取食后，PtrRZFP4的转录水平显著上调，表明它积极响应昆虫攻击。
2.分子互作与蛋白降解机制：研究表明，PtrRZFP4能够与茉莉酸信号通路的核心抑制子PtrJAZ2发生直接的相互作用。更重要的是，PtrRZFP4通过其E3泛素连接酶活性，促进PtrJAZ2蛋白的泛素化修饰，并引导其通过26S蛋白酶体途径降解。这一过程如同拆除了JA信号通路上的“刹车”，从而解除了对下游防御基因的抑制。
3.激活JA通路与代谢重编程：随着PtrJAZ2的降解，茉莉酸信号通路在转录水平和代谢水平被显著激活。这触发了植物体内大规模的代谢重编程，大量合成与昆虫抗性相关的次生代谢物，如萜类化合物和生物碱等，构建起一道有效的化学防御屏障。
4.对不同昆虫的差异化防御效应：研究发现了非常有趣的现象：对于专食性昆虫的幼虫，它们反而更偏好取食过表达PtrRZFP4的转基因杨树叶片。研究人员推测，这可能是因为专食性昆虫在进化中已能适应或甚至利用宿主植物的特定次生代谢物。相反，对于广食性昆虫的幼虫，它们则明显回避取食次生代谢物水平升高的叶片。此外，研究证实PtrJAZ2在杨树对不同食草动物的抗性中发挥着与PtrRZFP4相反的功能，进一步印证了该模块的精确调控作用。
综上，该项研究不仅揭示了一个新的E3泛素连接酶PtrRZFP4通过降解PtrJAZ2正调控茉莉酸信号通路的分子机制，更重要的是，它阐明了植物如何利用PtrRZFP4-PtrJAZ2这一核心模块，实现对不同食性昆虫的差异化、精准化防御策略。这项工作深化了我们对植物-昆虫互作协同进化复杂性的理解，并为未来通过基因工程或分子育种手段改良林木、培育具有广谱或特异性抗虫性的新品种提供了宝贵的理论依据和关键的基因资源。
图1 PtrRZFP1介导杨树与昆虫互作的功能调控模型
四川农业大学为第一单位，四川农业大学林学院副教授何方、硕士研究生杨鹏和张源为论文共同第一作者，四川农业大学副教授何方，云南大学李博教授、林恬恬教授为共同通讯作者，四川农业大学硕士研究生李豪、魏疏影、邓双莲、刘嘉辉，王婷讲师参与了该研究工作。此项研究工作受到国家自然科学基金项目和国家重点研发计划等项目的资助。
原文链接：https://doi.org/10.1111/tpj.70502