11月27日，中国农业科学院深圳农业基因组研究所（岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心）联合湖南省烟草科学研究所、郑州烟草研究院等单位在《自然—通讯》上发表研究论文。该研究构建了全基因组尺度的烟草代谢调控网络，揭示了多个高价值代谢物的关键调控枢纽，构建了高效能烟草生物反应器。研究为烟草代谢工程提供了“导航罗盘”，并为植物生物反应器的设计提供了新思路和新策略。

高海拔山区烟草田。中国农科院基因组所供图

烟草作为全球使用最广泛的植物底盘，可被遗传改造用于瞬时或稳定合成多种外源天然产物以及高附加值的内源代谢物。与大肠杆菌、酵母等微生物底盘不同，烟草叶片含有极其丰富的代谢物。虽然这为各类合成目标提供了丰富的底物来源，但其代谢调控机制也高度复杂，导致目标代谢物在烟草中的合成效率普遍偏低，难以整体设计和精准构建可用于大规模生产的烟草生物反应器。

低海拔平原区烟草田。中国农科院基因组所供图

研究团队选择了中国两个生态差异显著的典型烟草种植区——高海拔山区和低海拔平原区开展田间试验，结果发现温度是影响烟草生长和代谢稳态的关键环境因子。

基于此，团队成功鉴定并定量了633种代谢物，涵盖黄酮类、脂质、生物碱等14个主要类别；获得了34839个蛋白编码基因的表达数据。其代谢组和转录组，都呈现出显著的“地域特异性高于时间特异性”特征，证实了环境对烟草基因表达和代谢积累的深刻影响。

研究构建出首个烟草全基因组代谢调控网络（GMRN）。基于此，成功挖掘并验证了调控三大关键代谢通路的核心转录因子，例如，NtMYB28、NtERF167、NtCYC等关键转录因子，可用于高羟基肉桂酸、高油脂或高香气烟草品种的分子设计育种。这些基因为烟草成为“植物合成工厂”生产高价值化合物提供了关键靶点。

该研究建立的多组学整合分析框架——包括线性与非线性关系结合、多聚类方法融合、机器学习优化等策略，能够为植物代谢调控网络构建提供可借鉴的新范式。

基因组所（大鹏湾实验室）研究员闫建斌与湖南省烟草科学研究所高级农艺师杨佳蒴为论文共同通讯作者。基因组所（大鹏湾实验室）博士后李嘉明与原科研助理廖庆刚（现云南师范大学马铃薯科学研究院）为论文共同第一作者。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国烟草总公司湖南省公司科技项目、中国农业科学院科技创新工程等项目的支持。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-65299-6