楊樹是重要的速生豐產工業用材、綠化建設、防護林和生物質能源樹種之一，具有較高的經濟價值和生態效益。楊樹的基因組較小，基因組測序已完成，因此，楊樹被作為模式林木樹種應用于木材的形成、抗逆性遺傳改良等方面的研究[1].20 世紀末至 21 世紀初，我國建造了超過 1 000 萬 hm2的速生林基地，楊樹占重要部分。隨著楊樹人工林的大面積推廣，楊樹的抗逆性明顯降低，病蟲害的發生和危害逐漸加重，培育楊樹抗病新品種迫在眉睫。由于楊樹生長周期長、樹體高大，采用傳統育種方法在短時間內培育抗病新品種較困難。隨著分子生物學和基因工程技術的發展，植物抗逆機理研究的深入以及某些抗逆相關基因的克隆和轉化，為楊樹抗逆遺傳改良開辟了一條新途徑[2 -3].

1 轉基因楊樹抗病蟲研究

1. 1 抗病研究

1. 1. 1 抗病毒病 抗病毒基因工程研究在林業上的應用才剛起步，目前，使用的基因主要有洋李痘病毒的外殼蛋白基因和黃瓜花葉病毒外殼蛋白基因等幾種。Cooper、李瑋等分別將花葉病毒外殼蛋白基因和抗菌肽 LCI 基因導入楊樹中，均獲得良好抗病效果的轉基因植株[4 -5].

1. 1. 2 抗細菌病 農桿菌感染楊樹后，楊樹極易感染冠癭病。目前，關于楊樹抗冠癭病的研究主要是采用轉基因技術將農桿菌致瘤基因、激素 IAA 基因、抗菌肽基因（ 兔防御素NP -Ⅰ 基因） 導入楊樹，獲得抗性提高的轉基因植株[6].

1. 1. 3 抗真菌病 植物受到病原物侵染后，會使多種病程相關蛋白迅速表達，參與其抗病防衛反應。在這些病程相關蛋白中，最主要的蛋白之一就是幾丁質酶[7],幾乎所有的植物器官中均可以發現幾丁質酶[8].在正常情況下，幾丁質酶水平很低，但經誘導因子的誘導，表達量可以迅速增加。病原真菌、細菌、病毒的侵染、激發子和一些逆境等均可能誘導植物幾丁質酶的表達[9].近年來，有關對植物幾丁質酶的特性、基因結構、分類、分子進化、生物學作用及轉幾丁質酶基因的研究，已成為植物抗真菌病害的研究熱點之一[10 -11].1991年，Broglie 等首次對轉幾丁質酶基因在植物的抗真菌病方面進行了研究，他們將菜豆幾丁質酶基因轉入煙草和油菜，并得到表達，有效降低了植株的死苗率，控制了病情的發展[12].

但轉基因煙草植株對病原真菌的抗性沒有明顯提高。進一步研究證明，幾丁質酶同工酶類型及其在植物體內定位的不同，將影響基因的表達和植株的抗病性。

Nicolescud 等分別將矮牽牛黃酮合成酶基因、草酸氧化酶基因、幾丁質酶基因導入楊樹，均獲得了具有一定抗性的轉基因植株[13 -15].王瓊等以受落葉松 - 楊柵銹菌單孢子堆菌系 Sb052 侵染的川楊葉片為材料，采用 RACE 技術克隆川楊幾丁質酶基因DNA 全長，通過熒光定量表達分析，推測 PsChi I基因參與了寄主川楊抵抗真菌的防御機制[16].

1. 2 抗蟲研究

食葉害蟲和蛀干害蟲是危害楊樹的 2 類主要害蟲，包括楊尺蠖、舞毒娥、楊扇舟蛾、光肩星天牛、桑天牛、云斑天牛等。目前，國內外用于楊樹抗蟲基因工程研究的外源基因主要有蘇云金桿菌殺蟲結晶蛋白基因、抗菌肽基因、昆蟲特異性神經蝎毒素基因、幾丁質酶基因、多酚氧化酶、脂氧化酶、膽固醇氧化酶，以及 Vip3A 等，但對于楊樹轉 Bt 基因的研究最為深入，發展也最為迅速[17 -19].

1. 2. 1 蘇云金桿菌殺蟲結晶蛋白基因 從蘇云金桿菌的芽孢中分離出來的 Bt 殺蟲晶體蛋白，現今已發現 60 多種，一般用 Cry1、Cry2、Cry3、Cry4 和 Crt 來表示，劃分的主要依據是由其殺蟲譜范圍和基因序列的同源性來決定[20].Bt 毒蛋白是一個單基因產物，1981 年 Schnepf 等首次將蘇云金桿菌 Kurst-aki HD - 1 的 Bt 毒蛋白基因克隆[21].該基因的 mDNA 在植物中表達量較低，不穩定，同時也不會改變原氨基酸序列，從而使這些毒蛋白的基因表達量提高了上百倍[22 -23].鑒于 Bt毒蛋白具有高度專一性、生物降解性，且對人畜無害的安全性，被作為轉基因植物抗蟲基因工程中理想的殺蟲目的基因[24].目前，已有許多轉 Bt 基因植物問世，有的已進入大田試驗和商品生產階段[25].國內外關于轉 Bt 基因在楊樹方面的研究，主要集中在歐洲黑楊、美洲黑楊、歐美楊和楊樹雜種NC5339（ Populusdehoides alba × P. grandidentata） 、NL - 80106（ P. × P. simonii） 、741 楊[P. alba × （ P. davidiana + P.simonii） × P. tomentosa]等品種上，這些轉 Bt 基因楊樹均具有一定的抗蟲效果[26].最早見于報道的是用 Bt CryIA 基因轉化歐洲黑楊，通過 Southern 雜交證明外源基因的成功轉入[27].此后，抗蟲轉基因研究就拉開了帷幕。廣大研究工作者圍繞 Bt 基因[28 -33],以及 Bt 嵌合基因[34 -35]、Bt 雙元表達載體[36]、Bt 雙價抗蟲基因[37 -38]在楊樹中的抗蟲性進行了廣泛研究，并取得了明顯的抗蟲效果。

1. 2. 2 蛋白酶抑制劑 蛋白酶抑制劑是對蛋白水解酶有抑制活性的一種水分子蛋白質，普遍存在于植物、動物和微生物中[39].迄今為止，自然界共發現四大類蛋白抑制劑： 絲氨酸蛋白酶抑制劑、巰基蛋白酶抑制劑、金屬蛋白酶抑制劑和酸性蛋白酶抑制劑。目前，用于轉化楊樹的主要有絲氨酸蛋白酶抑制劑基因和半胱氨酸蛋白酶抑制劑基因[40].McNabb 等首次將馬鈴薯蛋白酶抑制劑基因導入 NC5339 無性系，轉化獲得抗蟲楊樹[41].Klopfenstein 等分別利用馬鈴薯的蛋白酶抑制劑與 NPT,以及大豆絲氨酸蛋白酶抑制劑基因、水稻巰基蛋白抑制劑基因和 Bt Cry（ A） 構成的嵌合基因導入楊樹，獲得轉基因植株[42 -43].郝貴霞等將廣譜抗蟲基因豇豆胰蛋白酶抑制劑基因成功地導入了毛白楊，經 PCR 和 PCR - Southern 檢測證實基因已整合進楊樹基因組中[44].

1. 2. 3 昆蟲毒性基因 昆蟲特異性神經毒素是從胡蜂、蝎子、蜘蛛的毒液中分離到的一些小肽（ 30 ~ 40 個氨基酸） ,是一類作用于昆蟲神經系統并具有毒殺作用的蛋白類神經毒素。這類毒素只作用于昆蟲而對哺乳動物和其他動物無害或者毒性很小，是一種十分理想的抗蟲基因源[45].伍寧豐等將抗蟲的蝎神經毒素基因導入黑楊無性系 N - 80106 中，通過根癌農桿菌將構建在雙子葉高效表達載體上的已優化了密碼子的 AaIT 基因轉化楊樹雜種 NL - 80106（ Populusdeltoides ×P. sinonii） ,得到了轉基因植株[46],通過 PCR、PCR - Southern雜交和 ELISA 分析，證實了轉基因植株中 AaIT 基因的表達，轉基因植株對 1 齡舞毒蛾幼蟲的效果最好，具有明顯抗蟲性。

1. 2. 4 其他抗蟲基因 近年來，陸續開展了植物凝集素基因、脂氧化酶、多酚氧化酶、膽固醇氧化酶及 Vip3A 等編碼基因在楊樹抗蟲方面的應用研究，取得了一定的進展[47 -48].