浙江大学蔬菜研究所喻景权团队揭示 红光促进番茄铁吸收的分子机制

2021年5 月20 日，浙江大学喻景权教授团队在EMBO Reports在线发表了题为“The phyB-dependent induction of HY5 promotes iron uptake by systemically activating FER expression”的研究论文，报道了红光通过光受体phyB 激活光信号关键转录因子HY5，进一步调控根系铁吸收关键因子FER 表达，促进番茄对铁的吸收。

该研究发现，番茄铁的吸收速率、根系铁吸收关键转录因子FER 及下游调控基因等表达显著受光的诱导。利用不同光受体突变体研究发现，红光受体phyB 在番茄对铁的吸收中发挥重要作用；利用phyB 突变体和野生型进行互嫁试验证明，番茄对铁的吸收主要依赖于地上部光敏色素PHYB，高红光/远红光（R/FR）比例促进铁吸收而低R/FR 环境抑制铁吸收。进一步研究发现，在正常和缺铁条件下，光敏色素phyB 均能促进HY5 在番茄叶片和根部的基因和蛋白表达。利用HY5-RNAi（hy5）和HY5 过表达（HY5-OE）植株与野生型植株进行嫁接，发现HY5 在phyB 调控番茄铁吸收中发挥关键作用。采用带HA 标记的HY5 过表达植株与野生型植株的嫁接试验发现，叶片合成的HY5 可以长距离移动至根系。EMSA 和ChIP-qPCR 的试验结果表明，系统信号HY5 可以直接激活FER 的转录。fer 突变体作为砧木时，高R/FR 比例对番茄铁吸收的促进作用消失。此外，phyB、hy5 和fer 3 个突变体铁吸收的下降伴随着叶片光系统I 和II 光化学效率和光合电子传递速率的降低。夜间补充低照度红光（20μmol·m-2·s-1）可显著促进野生型番茄果实中铁含量和根中HY5 积累，但这种促进效果在phyB 材料中则不明显。

上述结果表明，红光通过phyB-HY5-FER 途径系统调控番茄铁吸收并促进植株光合作用。相关发现为LED 光环境调控来促进作物铁吸收，提高农作物光合作用及农产品的铁含量提供了新思路。