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巨豆三烯酮作为重要的烟草香气底韵物质之一,在我国烤烟中整体含量偏低,是限制我国烤烟香气品质提高的重要“瓶颈”之一,其主要来源于烟叶成熟期前体物类胡萝卜素类物质的降解产生。植物类胡萝卜素的种类差异决定着降解产物的不同,而温度是影响合成类胡萝卜素种类差异的主要生态因素之一。因此,研究响应成熟期高温胁迫的烟叶类胡萝卜素合成代谢及其调控机制,对定向提升我国烤烟巨豆三烯酮含量具有重要意义。本研究分析了气象因素与烟叶巨豆三烯酮含量的关系,基于不同温度受控实验,采用比较转录组(RNA-Seq)、靶向代谢分析和全基因组DNA甲基化测序(WGBS)分析,鉴定了响应高温的通路关键基因及甲基化位点。主要结果如下:(1)为了明确温度对巨豆三烯酮积累的影响,比较分析了五个典型植烟区气候特征和烟叶巨豆三烯酮含量差异,并以江西烤烟为例,发现成熟期较高的气温是影响烟叶巨豆三烯酮积累的关键气象因子。(2)为了避免烟叶成熟期田间复杂环境因素的干扰,构建了不同高温胁迫水平(26℃、29℃、32℃和35℃)受控实验,发现高温胁迫诱导了类胡萝卜素代谢通路上的八氢番茄红素合成酶基因(PSY)和下游叶黄素合成代谢的β-胡萝卜素羟化酶基因(BCH)显著上调表达,显著促进了叶黄素含量及其降解产物3-氧代-α-紫罗兰醇和巨豆三烯酮含量的增加;同时还鉴定到有明显表达变化的11个DNA甲基转移酶基因(MET)和12个结构域重组甲基转移酶基因(DRM)。(3)为进一步分析类胡萝卜素下游不同代谢分支的DNA甲基化调控,整合分析了26℃和35℃处理的全基因组甲基化测序(WGBS)和转录组数据,发现甲基化修饰主要与光合作用和萜类物质合成密切相关,其中β-胡萝卜素分支上玉米黄素环氧酶基因(ZEP)受甲基化直接调控下调表达,类胡萝卜素裂解双加氧酶4基因(CCD4)受甲基化间接调控下调表达,削弱了β-胡萝卜素分支代谢。综上所述,烤烟成熟期温度是影响巨豆三烯酮积累的关键气象因子,适度高温胁迫诱导了类胡萝卜素代谢通路上的PSY和下游叶黄素代谢的BCH上调表达,并通过甲基化修饰抑制了下游β-胡萝卜素代谢ZEP和CCD4基因表达,从而导致了烟叶中巨豆三烯酮含量的积累。本研究揭示了响应高温胁迫的巨豆三烯酮前体物独特的合成代谢通路,并鉴定了关键的响应基因和甲基化调控位点。为烤烟香气质量的形成机理和我国高香气烤烟的农业生产利用方式提供了理论依据和技术支撑。