浙江大学周艳虹课题组揭示光信号调控番茄根系和AMF 共生的新机制

磷是植物生长发育不可或缺的元素，但土壤中的磷元素多以难溶性形态或有机形态存在，无法被植物直接吸收利用。丛枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi，AMF）能够与植物根系形成共生系统，为宿主植物提供以磷为主的矿质元素和水分，同时提高宿主植物的光合速率，增强植物抗逆性。有研究表明，光质影响根系和AMF 的共生，但其中的生物学机制尚不清楚。

2021 年11月28日，浙江大学周艳虹教授课题组在New Phytologist在线发表了题为“Light-dependent activation of HY5 promotes mycorrhizal symbiosis in tomato by systemically regulating strigolactone biosynthesis”的研究论文，报道了红光通过光受体phyB 激活光信号转录因子HY5，进一步调控根系独脚金内酯（SLs）合成基因表达来促进SLs 的合成，从而提高AMF 在番茄根系中的定殖和磷的吸收。

植物在低磷环境下会分泌SLs，促进植物与AMF 的信号交流，促进AMF 的菌丝在根系中的定殖。该研究发现，番茄光敏色素突变体phyB的根系中SLs 含量和SLs 合成基因表达量受到严重抑制，随后通过菌根试验明确发现，phyB抑制了AMF 在番茄根系的定殖和磷的吸收。突变体phyB与野生型的嫁接试验结果表明，番茄地上部phyB 在根系SLs 合成和AMF的定殖中起到主要作用。

HY5 是光敏色素下游的核心光信号调节因子，近年来多个研究证实HY5 是一种可移动的长距离信号分子。该研究检测了不同材料根系中HY5 蛋白丰度，发现地上部phyB 是抑制根部HY5 蛋白积累的主要调控因子，利用CRISPR-hy5突变材料进行一系列试验，结果表明HY5 参与番茄根部SLs 的合成与积累，促进AMF 在根系中的定殖以及磷的吸收。嫁接技术表明，HY5 具备长距离的移动性，同时地上部HY5 对SLs 的合成与积累起主要调控作用。随后，EMSA、ChIP 和双荧光素酶报告基因系统的试验结果证明HY5 能够转录调控SLs 的合成基因CCD7、CCD8和MAX1。同时，补光试验证明红光能够促进SLs 合成与积累，从而促进AMF 的定殖以及AMF 途径的磷吸收。

综上所述，HY5 作为可移动的长距离信号，将依赖于phyB 的红光信号传递至根部，通过转录调控SLs 合成基因来促进根部SLs 的合成，从而提高AMF 在番茄根系中的定殖和磷的吸收。这一研究结果为利用菌根共生提高养分利用率提供了新的思路。