近日，中国农业科学院烟草研究所在烟草烟碱转化分子调控机制方面取得新进展，相关研究论文“DNA Methylation in CYP82E4 Regulates Nicotine Conversion of Nicotiana tabacum”发表于植物科学领域高水平国际期刊《Plant，Cell & Environment》上。

生物碱是烟草的重要次生代谢物，主要包括烟碱、降烟碱、新烟草碱以及假木贼碱等，其中烟碱和降烟碱是主要生物碱。烟草生物碱不仅参与烟草的发育调控，其不同组分含量对烟草制品的风味特征具有重要影响。在普通烟草中，烟碱是主要生物碱，占总生物碱的90%-95%左右，降烟碱通常不超过5%。但是在烟草种植过程中，受环境等因素影响，有的植株中烟碱去甲基酶活性增高，烟碱转化为降烟碱，导致降烟碱含量升高成为主要生物碱。上世纪50年代发现烟碱转化现象以来，研究者明确了烟草中烟碱转化为降烟碱受CYP82E4基因调控，但是该基因在烟碱转化过程中如何行使功能，其调控机制如何，长期未得到揭示。

课题组前期研究发现，在烟草烟碱转化植株和非转化植株中，该基因的核苷酸序列未发生变化，并进一步证实组蛋白修饰参与了烟碱转化的调控过程（Song, et al., Plant Physiology and Biochemistry, 2024）。本研究以烤烟品种OX2028（烟碱非转化株）和它的烟碱高转化株OX2028-H为材料，研究了它们衰老叶片的全基因组DNA甲基化特征，发现CYP82E4基因上存在两个DNA甲基化差异区，并证实OX2028-H中CYP82E4的DNA甲基化水平显著低于OX2028。进一步用DNA甲基化抑制剂处理OX2028或敲除OX2028中的DNA甲基转移酶基因MET1，降低基因组整体以及CYP82E4的DNA甲基化水平，均能引起CYP82E4表达水平和烟碱转化率大幅度增加，使OX2028由烟碱非转化型转变为烟碱高转化型，同时DNA甲基化的改变还引起了CYP82E4激活型组蛋白修饰H3K27me的增加。整体研究表明，DNA甲基化在烟碱转化中起着至关重要的调节作用，CYP82E4甲基化水平的降低是烟碱转化发生的重要因素，该研究为烟草烟碱转化调控和烟草的风味调控提供了重要应用途径。

中国农业科学院烟草研究所在读博士生王雅琦为文章第一作者，中国农业科学院烟草研究所烟草功能基因组创新团队李凤霞副研究员、烟草种质资源与生物育种创新团队杨爱国研究员为共同通讯作者，烟草种质资源与生物育种创新团队程立锐研究员、蒋彩虹副研究员参与了该项研究工作。该研究得到了中国农业科学院科技创新工程、中国烟草基因组计划等项目资助。

论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pce.15520