DNA甲基化是一種保守的表觀修飾，它可以調控很多基因的表達。已有研究表明，DNA甲基化參與次生代謝的生物合成調控，但是證據大多來自DNA甲基化抑制劑的處理。目前研究中缺乏DNA甲基化調控次生代謝物的遺傳證據和具體的調控機制。

尼古丁是煙草屬植物中含量最豐富的生物堿，在抵御植食性昆蟲方面發揮著關鍵作用。目前在栽培煙草(Nicotiana tabacum)的相關研究中已鑒定出多個正調控尼古丁合成的轉錄因子，如NtMYC2、NtERF189、NtERF199和NtMYB305a。與之相反，關于尼古丁合成負調控因子的報道則較少。因此，發現新的負調控因子不僅對于理解植物如何抵御植食性昆蟲至關重要，對于通過突變培育尼古丁含量可控的煙草品種也具有重要價值。

中國科學院昆明植物研究所植物次生代謝分子調控專題研究組此前的研究表明，二倍體野生煙草(N. attenuata)中多數根特異性表達的尼古丁相關基因共享“DNA甲基化谷”特征(Tong et al., 2025)。但目前尚缺乏DNA甲基化調控尼古丁的系統研究。

因此，該研究首先探究了DNA甲基轉移酶的作用，發現沉默不同DNA甲基轉移酶基因對尼古丁合成相關基因表達影響不同，其中NaDRM2-like2沉默后關鍵酶基因NaPMTs及調控基因NaERF1-like表達顯著降低。進而通過CRISPR/Cas9構建的NaDRM2-like2突變體表現出尼古丁合成相關基因(NaPMTs、NaA622和NaERF1-like等)表達下調、葉片中尼古丁含量減少及對廣食性害蟲斜紋夜蛾(Spodoptera littoralis)更敏感的表型。

為揭示突變體尼古丁減少的原因，該研究通過全基因組重亞硫酸氫鹽測序(WGBS)和RNA測序，在14個差異甲基化的轉錄因子與72個差異表達的轉錄因子中篩選到一個共有基因——NaNAC72。在突變體中其啟動子甲基化升高，同時表達量升高3倍以上。共表達分析顯示，NaNAC72與根特異性表達的尼古丁相關基因呈強負相關。

進一步功能驗證顯示，CRISPR/Cas9敲除NaNAC72可使葉片中尼古丁含量增加35%～42%，而過表達NaNAC72則抑制尼古丁合成相關基因表達并降低葉片尼古丁含量。凝膠阻滯實驗與染色質免疫沉淀實驗證實NaNAC72可直接結合尼古丁關鍵合成酶基因NaPMT1.1及關鍵調控基因NaERF1-like的啟動子，抑制其轉錄活性。

綜上，該研究得出結論：DNA甲基轉移酶基因的沉默會影響尼古丁相關基因表達;NaNAC72是尼古丁生物合成的新負調控因子。該發現為解析防御代謝物的表觀遺傳調控機制及培育尼古丁含量可控的煙草品種提供了新視角與靶點。

相關研究成果以Transcriptional Activation of NaNAC72 Suppresses Nicotine Biosynthesis in DNA Methyltransferase NaDRM2-like2 Mutants of Nicotiana attenuata為題，在Plant Biotechnology Journal在線發表。中國科學院昆明植物研究所博士研究生佟阿慧為論文第一作者，吳勁松研究員和王蕾研究員為論文共同通訊作者，云南煙草農業科學院王丙武副研究員，已畢業碩士研究生李榮平和云南民族大學客座碩士研究生茶學局參與此項研究。研究得到了云南基礎研究重大計劃(編號202401BC070015)等項目支持。