类胡萝卜素属于四萜类物质，广泛参与植物的生长发育、光合作用、信号传导、抗逆等各种生理过程，与植物果实、种子的颜色和营养价值等密切相关。类胡萝卜素是烟气香味物质的一类重要前体物，其通过降解、转化可形成一系列的致香物质。烟叶类胡萝卜素的含量不但能够影响烟叶的吸食品质，同时也决定了烤后烟叶的外观质量，是烟叶品质形成的重要决定因子。因此，开展烟草类胡萝卜素含量调控分子机制的研究具有重要的应用和理论价值，是培育高香气烟草品种的重要渠道。
在烟草基因组计划重大专项、河南省自然科学基金、郑州烟草研究院科技项目及院长基金等项目的支持下，国家烟草基因研究中心在烟草类胡萝卜素合成通路方面取得了较为系统深入的研究成果，开展了对NtPSY(phytoenesynthase)、NtCRTYISO(carotenoidisomerase)、Ntβ-LCY(lycopeneβ-cyclase)、Ntε-LCY(lycopeneε-cyclase)、Ntβ-OHase(caroteneβ-hydroxylase)、NtVDE(violaxanthindeepoxidase)和NtZEP(zeaxanthinepoxidase)等基因在调控烟叶类胡萝卜素含量方面的生物学功能研究，明确了上述基因对烟叶类胡萝卜素含量的不同调控作用。
基因功能的揭示能够为后续的烟草分子改良提供保障，类胡萝卜素合成通路分支点基因的研究结果为分子育种提供了重要遗传靶点。番茄红素在番茄红素ε-环化酶（Ntε-LCY）或者番茄红素β-环化酶（Ntβ-LCY）的作用下形成δ-胡萝卜素或者γ-胡萝卜素，进一步又分别形成α-和β-胡萝卜素；Ntε-LCY和Ntβ-LCY的酶活能够决定其下游α-和β-胡萝卜素的比例，形成重要的分支点。Ntε-LCY基因的沉默能够提高烟叶类胡萝卜素含量（20-30%），而Ntβ-LCY基因的过表达能够显著提高类胡萝卜素总含量（30%以上），且烤后烟叶评吸结果显示，香气量增加，香气质变化显著。生物学功能显著不同的两个基因存在于一个通路中发挥作用，因此根据两个基因的特点，对Ntε-LCY基因采用基因编辑突变的技术进行改良，而对Ntβ-LCY基因采用基因编辑激活的的手段加以利用。同时，借助烟草基因组编辑及相关鉴定技术(Guoetal.,,PlantMethods)，研究人员快速系统创制了烟草类胡萝卜素合成通路共37个同源基因拷贝的突变体，不仅能够为高香气烟草品种培育积累创制有效中间材料，也能够为继续深入开展烟草类胡萝卜素含量调控的分子机制研究奠定良好基础，形成基础研究和应用研究相互促进的良好局面。
同时，基因中心研究人员也在持续探索烟草类胡萝卜素含量调控的新机制。类胡萝卜素和叶绿素都是烟气香味物质重要的前体物，认识烟草体内调控两者含量和比例的分子机制也是调控烟叶类胡萝卜素合成的重要渠道。GGPP是植物类胡萝卜素合成重要的代谢前体，其不仅参与类胡萝卜素生物合成，而且是叶绿素、维生素E、赤霉素和其他二萜类天然产物的合成前体。植物GGPPS(geranylgeranyldiphosphatesynthase)负责催化GGPP的合成。GGPP是类胡萝卜素合成起始的底物，能够被类胡萝卜素合成通路的第一个酶八氢番茄红素合酶(PSY)催化形成八氢番茄红素(phytoene)，GGPPS大亚基(LSU)和小亚基(SSU)能够通过结合PSY来调控植物类胡萝卜素的合成（图1）。基因中心研究人员在GGPPS的功能解析方面也取得了系列进展，克隆鉴定了与烟草同为茄科模式植物辣椒的GGPPS家族成员，并以之为基础分析了该基因家族在果实成熟过程中类胡萝卜素代谢的重要调控机制。通过CaGGPPS1及其小亚基(CaSSUII)的研究，发现CaSSUII将CaGGPPS1与PSY结合在一起形成复合体调控下游类胡萝卜素合成（图2）。上述研究进一步揭示了植物体内GGPPS调控类胡萝卜素生物合成的重要分子机制，获得对植物萜类代谢调控的新认识。该成果“HeteromericGeranylgeranylDiphosphateSynthaseContributestoCarotenoidBiosynthesisinRipeningFruitsofRedPepper(Capsicumannuumvar.conoides)”近日发表在美国化学学会旗下国际著名学术期刊《JournalofAgriculturalandFoodChemistry》（影响因子3.），论文链接：国内治疗白癜风最好的医院白癜风医院海口哪家好