浙江大學(xué)蔬菜研究所喻景權(quán)團(tuán)隊揭示 紅光促進(jìn)番茄鐵吸收的分子機(jī)制

2021年5 月20 日，浙江大學(xué)喻景權(quán)教授團(tuán)隊在EMBO Reports在線發(fā)表了題為“The phyB-dependent induction of HY5 promotes iron uptake by systemically activating FER expression”的研究論文，報道了紅光通過光受體phyB 激活光信號關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子HY5，進(jìn)一步調(diào)控根系鐵吸收關(guān)鍵因子FER 表達(dá)，促進(jìn)番茄對鐵的吸收。

該研究發(fā)現(xiàn)，番茄鐵的吸收速率、根系鐵吸收關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子FER 及下游調(diào)控基因等表達(dá)顯著受光的誘導(dǎo)。利用不同光受體突變體研究發(fā)現(xiàn)，紅光受體phyB 在番茄對鐵的吸收中發(fā)揮重要作用；利用phyB 突變體和野生型進(jìn)行互嫁試驗證明，番茄對鐵的吸收主要依賴于地上部光敏色素PHYB，高紅光/遠(yuǎn)紅光（R/FR）比例促進(jìn)鐵吸收而低R/FR 環(huán)境抑制鐵吸收。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在正常和缺鐵條件下，光敏色素phyB 均能促進(jìn)HY5 在番茄葉片和根部的基因和蛋白表達(dá)。利用HY5-RNAi（hy5）和HY5 過表達(dá)（HY5-OE）植株與野生型植株進(jìn)行嫁接，發(fā)現(xiàn)HY5 在phyB 調(diào)控番茄鐵吸收中發(fā)揮關(guān)鍵作用。采用帶HA 標(biāo)記的HY5 過表達(dá)植株與野生型植株的嫁接試驗發(fā)現(xiàn)，葉片合成的HY5 可以長距離移動至根系。EMSA 和ChIP-qPCR 的試驗結(jié)果表明，系統(tǒng)信號HY5 可以直接激活FER 的轉(zhuǎn)錄。fer 突變體作為砧木時，高R/FR 比例對番茄鐵吸收的促進(jìn)作用消失。此外，phyB、hy5 和fer 3 個突變體鐵吸收的下降伴隨著葉片光系統(tǒng)I 和II 光化學(xué)效率和光合電子傳遞速率的降低。夜間補(bǔ)充低照度紅光（20μmol·m-2·s-1）可顯著促進(jìn)野生型番茄果實(shí)中鐵含量和根中HY5 積累，但這種促進(jìn)效果在phyB 材料中則不明顯。

上述結(jié)果表明，紅光通過phyB-HY5-FER 途徑系統(tǒng)調(diào)控番茄鐵吸收并促進(jìn)植株光合作用。相關(guān)發(fā)現(xiàn)為LED 光環(huán)境調(diào)控來促進(jìn)作物鐵吸收，提高農(nóng)作物光合作用及農(nóng)產(chǎn)品的鐵含量提供了新思路。