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光是影响设施园艺作物高产优质的主要因素之一。冬春季以及连阴天、雾霾等弱光环境对园艺作物正常生长影响明显，解决设施条件下的弱光问题更显得尤为紧迫。人工补光是改善设施光照环境的最有效手段，但中国设施园艺人工补光研究刚刚起步，相关理论与方法研究薄弱，补光设计缺乏依据。
近日，沈阳农业大学李天来院士和王峰教授团队在园艺领域的权威期刊Horticulture Research杂志上在线发表了题为“Light quality regulates plant biomass and fruit quality through photoreceptors-dependent HY5-LHC/CYCB module in tomato”的研究论文，全面解析了不同光质对番茄产量与品质形成的作用机理与光合贡献。
增加作物的光合作用和光捕获能力进而提高作物的产量，是满足日益增长的全球粮食需求的潜在途径。然而，设施生产中塑料棚膜的老化与高密度栽培导致了设施内透光率下降与冠层遮荫，严重影响了蔬菜作物的光合作用和产量。该研究通过研究不同光质对番茄产量和品质的影响，发现了番茄高效生产的“光配方”，解析了不同光质对番茄产量与品质形成的作用机理与光合贡献。研究发现，红蓝白混合“光配方”通过增加番茄光系统II活性反应中心的密度和光捕获复合物相关基因（SlLHCs）的表达，促进了叶绿素和类胡萝卜素的积累，提高了光合作用和电子传递速率，进而增加了番茄的产量和品质。利用Slphyb1cry1等光受体突变体研究发现，红光受体（SlPHYB1）和蓝光受体（SlCRY1）在光信号调控番茄光合作用、色素积累、产量和品质中发挥着重要的作用。进一步研究发现，光信号通过光受体促进ELONGATED HYPOCOTYL 5（SlHY5）蛋白的积累，SlHY5通过直接结合到光捕获复合物相关基因SlLHCA、SlLHCB和番茄红素β环化酶 LYCOPENE β-CYCLASE（SlCYCB）等基因的启动子上转录激活它们的表达，进而促进番茄的产量和品质。
图1：光信号提高番茄产量与品质的模式图
综上所述，该研究结合植物生理学、生物化学、遗传学以及分子生物学等技术手段，揭示了光信号通过红光受体（SlPHYB1）和蓝光受体（SlCRY1）诱导光信号关键转录因子SlHY5的表达，调节了番茄光捕获复合物和类胡萝卜素代谢相关基因的表达，从而提高番茄产量与品质的分子机制（图1）。研究结果为解析番茄光合作用环境适应性机理与高光效设计育种提供了理论依据，为开发设施番茄精准高效补光技术提供了技术支撑。
沈阳农业大学博士生闫家榕为本文第一作者，王峰教授和李天来院士为本文通讯作者。相关工作得到了国家自然科学基金优秀青年基金项目、面上项目、国家重点研发计划、辽宁省优秀青年科学基金等项目的资助。
论文连接：
https://doi.org/10.1093/hr/uhad219
