昆明植物所在DNA甲基化通过NAC72调控烟草生物碱的生物合成研究中取得进展
DNA甲基化是一种保守的表观修饰，它可以调控很多基因的表达。已有研究表明，DNA甲基化参与次生代谢的生物合成调控，但是证据大多来自DNA甲基化抑制剂的处理。目前研究中缺乏DNA甲基化调控次生代谢物的遗传证据和具体的调控机制。
尼古丁是烟草属植物中含量最丰富的生物碱，在抵御植食性昆虫方面发挥着关键作用。目前在栽培烟草（Nicotiana tabacum）的相关研究中已鉴定出多个正调控尼古丁合成的转录因子，如NtMYC2、NtERF189、NtERF199和NtMYB305a。与之相反，关于尼古丁合成负调控因子的报道则较少。因此，发现新的负调控因子不仅对于理解植物如何抵御植食性昆虫至关重要，对于通过突变培育尼古丁含量可控的烟草品种也具有重要价值。
中国科学院昆明植物研究所植物次生代谢分子调控专题研究组此前的研究表明，二倍体野生烟草(N. attenuata)中多数根特异性表达的尼古丁相关基因共享“DNA甲基化谷”特征(Tong et al., 2025)。但目前尚缺乏DNA甲基化调控尼古丁的系统研究。
因此，该研究首先探究了DNA甲基转移酶的作用，发现沉默不同DNA甲基转移酶基因对尼古丁合成相关基因表达影响不同，其中NaDRM2-like2沉默后关键酶基因NaPMTs及调控基因NaERF1-like表达显著降低。进而通过CRISPR/Cas9构建的NaDRM2-like2突变体表现出尼古丁合成相关基因（NaPMTs、NaA622和NaERF1-like等）表达下调、叶片中尼古丁含量减少及对广食性害虫斜纹夜蛾（Spodoptera littoralis）更敏感的表型。
为揭示突变体尼古丁减少的原因，该研究通过全基因组重亚硫酸氢盐测序（WGBS）和RNA测序，在14个差异甲基化的转录因子与72个差异表达的转录因子中筛选到一个共有基因——NaNAC72。在突变体中其启动子甲基化升高，同时表达量升高3倍以上。共表达分析显示，NaNAC72与根特异性表达的尼古丁相关基因呈强负相关。
进一步功能验证显示，CRISPR/Cas9敲除NaNAC72可使叶片中尼古丁含量增加35%～42%，而过表达NaNAC72则抑制尼古丁合成相关基因表达并降低叶片尼古丁含量。凝胶阻滞实验与染色质免疫沉淀实验证实NaNAC72可直接结合尼古丁关键合成酶基因NaPMT1.1及关键调控基因NaERF1-like的启动子，抑制其转录活性。
综上，该研究得出结论：DNA甲基转移酶基因的沉默会影响尼古丁相关基因表达；NaNAC72是尼古丁生物合成的新负调控因子。该发现为解析防御代谢物的表观遗传调控机制及培育尼古丁含量可控的烟草品种提供了新视角与靶点。
相关研究成果以Transcriptional Activation of NaNAC72 Suppresses Nicotine Biosynthesis in DNA Methyltransferase NaDRM2-like2 Mutants of Nicotiana attenuata为题，在Plant Biotechnology Journal在线发表。中国科学院昆明植物研究所博士研究生佟阿慧为论文第一作者，吴劲松研究员和王蕾研究员为论文共同通讯作者，云南烟草农业科学院王丙武副研究员，已毕业硕士研究生李荣平和云南民族大学客座硕士研究生茶学局参与此项研究。研究得到了云南基础研究重大计划（编号202401BC070015）等项目支持。
作者：佟阿慧 吴劲松