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Advanced Science | 浙江大学周艳虹课题组揭示番茄光信号分子HY5系统调控果实成熟和品质形成的机制

花匠小妙招
2025-09-07 19:28

番茄果实成熟是蕴含着极为复杂的生理和代谢变化的发育过程。其中，类胡萝卜素合成和糖类代谢，是这一过程的核心环节。光照不仅为光合作用提供能量，成为糖类积累的源头，还作为信号调节着植物的生长和发育。然而，长久以来，植物究竟如何感知环境中的光信号以调节果实品质的机制并不清楚。HY5是一个作用于不同光质的光受体下游的重要转录因子，调控了众多下游靶标基因，从而影响植物生长发育过程，但其在番茄果实成熟中的作用尚不清楚。

近日，浙江大学周艳虹课题组在国际知名期刊Advanced Science上发表了题为Manipulating the light systemic signal HY5 greatly improve fruit quality in tomato的研究论文，揭示了植物光信号分子HY5（ELONGATED HYPOCOTOYL5）作为系统信号通过调控番茄类胡萝卜素合成和可溶性糖代谢来影响果实成熟和品质的分子机制。

研究人员发现，番茄果实成熟过程伴随着内部类胡萝卜素和可溶性糖含量的逐渐升高，但HY5蛋白积累以及类胡萝卜素合成基因PSY1、PDS和可溶性糖代谢基因VI、SS1、SS7、LIN5、LIN6表达高峰期则在果实转色期。进一步研究发现，hy5突变体果实中类胡萝卜素合成与蔗糖转化受到显著抑制，而过表达HY5则促进了果实中类胡萝卜素与可溶性糖的积累。一系列分子和生化实验表明，HY5能够直接结合PSY1、PDS、VI、SS1、SS7、LIN5、LIN6基因的启动子，并激活这些基因的转录表达。因此，HY5是番茄果实中类胡萝卜素和糖类积累的正调控因子。

深入研究发现，果实遮光套袋处理导致了类胡萝卜素和可溶性糖含量的下降，并明显延迟了果实成熟进程；但果实中仍存在较多的HY5蛋白，说明果实中HY5和品质成分的积累除了受到果实局部光照的影响外，还受到来自其它组织的影响。当将野生型番茄的花序嫁接到带有HA标签的过表达HY5植株上时，不仅果实中类胡萝卜素和可溶性糖含量显著增加，还能在果实中检测到HY5-HA蛋白。因此，HY5蛋白是一个具有移动性的信号分子，能从叶片转运到果实，参与调控果实成熟进程。据此，该研究还开发了一个通过夜间补充微弱红光和蓝光的LED补光方法，在促进叶片和果实中HY5蛋白累积的同时，显著提升番茄果实品质。

综上所述，该研究明确了光信号在番茄果实成熟和品质形成中的作用，探明了HY5作为可移动的系统信号调控番茄果实类胡萝卜素与糖类代谢的分子机制。同时，提出的夜间低照度红蓝光补光策略为番茄品质提升提供了新的方法，也为光环境调控在设施农业生产中的应用提供了理论依据。