浙江大学喻景权团队揭示红光促进番茄铁吸收的分子机制

 转载自：BioArt植物

铁是植物的必需微量元素，在植物的光合作用和呼吸作用等生命活动中起重要作用，缺铁严重影响农作物产量。同时，人体缺铁可引起缺铁性贫血症等疾病。因此，提高植物对铁的吸收效率对农业生产和人类健康具有重要意义。然而，植物铁吸收如何受光环境影响则并不清楚。

近日，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实验证明，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实验发现， 叶片合成的HY5可以长距离移动至根系。EMSA和ChIP-qPCR的实验结果表明，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三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（20 μmol m-2 s-1）便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。

红光促进番茄植株铁吸收和光合作用的模式图

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。

浙江大学农业与生物技术学院博士后国志信（现为河南农业大学园艺学院副教授）、博士生徐进为该论文的共同第一作者，喻景权教授为该文的通讯作者，周艳虹教授和英国伯明翰大学Christine Foyer教授为共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、国家现代农业产业技术体系和中国博士后科学基金等项目的资助。

文章链接：
https://www.embopress.org/doi/epdf/10.15252/embr.202051944

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