多组学解析烟草叶片脂肪酸差异：品种、发育阶段与调制方式的影响

研究人员针对烟草脂肪酸研究不足，开展多组学研究，揭示其在不同品种、阶段和调制方式下的差异及相关基因。

　　烟草作为重要经济作物，在全球广泛种植，同时也是分子生物学研究的模式植物。其制品需经过多种调制过程，不同调制方式会使烟草中的淀粉、色素、多酚、脂肪酸等化合物含量发生显著变化，这些变化对烟草的化学组成和感官特性有着重要影响。脂肪酸在植物生长发育中扮演着关键角色，不仅是细胞膜脂质的关键成分、重要能量来源，还是信号分子的前体，参与细胞识别、物种特异性和组织免疫等过程，并且对烟草叶片的品质和风味有着重要影响。然而，目前关于不同烟草品种、发育阶段和调制方式下脂肪酸组成的综合研究较为缺乏。

为填补这一空白，中国烟草湖南工业有限责任公司技术中心联合湖南大学的研究人员开展了相关研究。研究成果发表在《BMC Plant Biology》上，为深入了解烟草脂肪酸提供了重要依据。

在研究中，研究人员采用了多种关键技术方法。通过靶向代谢组学（包括靶向短链脂肪酸代谢组学和靶向脂肪酸代谢组学），对烟草叶片中的脂肪酸进行定量分析；运用转录组测序技术，分析不同样本中基因的表达情况；利用定量 RT-PCR 技术对候选基因进行验证。同时，研究选取了 K326、Basma、Samsun 和 Cuba1 四个烟草品种，在不同发育阶段采集样本，并对样本进行烤房调制（flue-curing）和晾房调制（air-curing）处理。

研究结果如下：

1. K326 在现蕾期的脂肪酸谱：对 K326 现蕾期（移栽后 55 天）的 15 个组织样本进行靶向脂肪酸代谢组学分析，发现短链脂肪酸（SCFA）在花芽和上部叶片中的含量较高。在检测的 11 种 SCFA 中，除 3 - 甲基戊酸和 2 - 甲基戊酸外，花芽和上部叶片的 SCFA 含量高于其他组织。同时，在检测的 50 种脂肪酸（C8:0 - C22:6）中，不同组织的脂肪酸含量存在显著差异，根据脂肪酸含量可将组织样本分为三类。
2. 苗期叶片短链脂肪酸含量变化分析：测定了四个烟草品种苗期两个阶段叶片的短链脂肪酸含量。结果显示，乙酸在所有烟草品种中含量最高，占总短链脂肪酸的 78 - 95%，且在移栽期（ML 阶段）的比例高于幼苗期（S 阶段）。在总短链脂肪酸含量方面，K326 在 S 阶段最高，Basma 在 ML 阶段最高。此外，不同品种在不同阶段的短链脂肪酸组成存在差异，如 3 - 甲基戊酸在 Cuba1 的 S 阶段比例最高，在 ML 阶段 Basma 和 Samsun 的比例较高。通过主成分分析（PCA）发现，不同品种在不同阶段的短链脂肪酸谱存在明显差异。
3. 打顶前后叶片脂肪酸含量差异分析：测量了四个品种打顶前后（移栽后 55 天和 70 天）中部叶片的短链脂肪酸含量。打顶前，总短链脂肪酸含量排序为 Basma > Samsun > Cuba1 > K326，打顶后顺序相反。不同品种在打顶前后的短链脂肪酸组成也有所不同，如 3 - 甲基戊酸在 Basma 和 Samsun 中的比例较高。通过 PCA 分析发现，打顶前后不同品种的短链脂肪酸谱发生了变化，且不同品种之间的差异更为明显。
4. 现蕾期叶片基因表达分析：对四个烟草品种现蕾期叶片进行差异基因分析，发现 Basma 和 Samsun 的基因表达较为相似，与 K326 和 Cuba1 明显不同。在脂肪酸相关的合成和代谢途径中，有 35 个基因富集，这些基因在 Basma 和 Samsun 中的表达模式相似，与 K326 和 Cuba1 不同。通过 qRT-PCR 验证了 6 个差异基因的表达水平，结果与转录组测序结果一致。
5. 不同调制方式下叶片脂肪酸含量分析：分析了四个烟草品种在两种调制方式下中部叶片的短链脂肪酸和脂肪酸含量。结果表明，晾房调制的叶片短链脂肪酸含量高于烤房调制。在脂肪酸组成方面，不同调制方式下不同品种的脂肪酸差异明显，如在晾房调制下，Samsun 和 Basma 的差异脂肪酸下调较多，而在烤房调制下则相反。

研究结论和讨论部分指出，烟草生长分为苗期和田间期，打顶是田间期的关键事件，打顶后 K326 中部叶片的短链脂肪酸和部分长链脂肪酸含量下降。研究还发现了一些在脂肪酸合成途径中起关键作用的基因，这些基因在不同品种中的表达差异可能导致脂肪酸谱的不同。此外，烟草叶片脂肪酸含量在生长发育过程中呈现先增加后减少的趋势，且受品种、叶位和加工方式的影响。因此，在烟草调制过程中，可根据脂肪酸含量调整调制条件和加工措施，以优化叶片品质和风味。

综上所述，该研究通过代谢组学和转录组学方法，系统分析了不同烟草品种在不同发育阶段和调制方式下的脂肪酸组成差异，为烟草脂肪酸研究提供了重要的分子基础，有助于进一步理解烟草脂肪酸的生物合成和代谢机制，为烟草品质改良提供了理论依据。