番茄果實成熟是蘊含著極為復雜的生理和代謝變化的發育過程。其中，類胡蘿卜素合成和糖類代謝，是這一過程的核心環節。光照不僅為光合作用提供能量，成為糖類積累的源頭，還作為信號調節著植物的生長和發育。然而，長久以來，植物究竟如何感知環境中的光信號以調節果實品質的機制并不清楚。HY5是一個作用于不同光質的光受體下游的重要轉錄因子，調控了眾多下游靶標基因，從而影響植物生長發育過程，但其在番茄果實成熟中的作用尚不清楚。

近日，浙江大學周艷虹課題組在國際知名期刊Advanced Science上發表了題為Manipulating the light systemic signal HY5 greatly improve fruit quality in tomato的研究論文，揭示了植物光信號分子HY5（ELONGATED HYPOCOTOYL5）作為系統信號通過調控番茄類胡蘿卜素合成和可溶性糖代謝來影響果實成熟和品質的分子機制。

研究人員發現，番茄果實成熟過程伴隨著內部類胡蘿卜素和可溶性糖含量的逐漸升高，但HY5蛋白積累以及類胡蘿卜素合成基因PSY1、PDS和可溶性糖代謝基因VI、SS1、SS7、LIN5、LIN6表達高峰期則在果實轉色期。進一步研究發現，hy5突變體果實中類胡蘿卜素合成與蔗糖轉化受到顯著抑制，而過表達HY5則促進了果實中類胡蘿卜素與可溶性糖的積累。一系列分子和生化實驗表明，HY5能夠直接結合PSY1、PDS、VI、SS1、SS7、LIN5、LIN6基因的啟動子，并激活這些基因的轉錄表達。因此，HY5是番茄果實中類胡蘿卜素和糖類積累的正調控因子。

深入研究發現，果實遮光套袋處理導致了類胡蘿卜素和可溶性糖含量的下降，并明顯延遲了果實成熟進程；但果實中仍存在較多的HY5蛋白，說明果實中HY5和品質成分的積累除了受到果實局部光照的影響外，還受到來自其它組織的影響。當將野生型番茄的花序嫁接到帶有HA標簽的過表達HY5植株上時，不僅果實中類胡蘿卜素和可溶性糖含量顯著增加，還能在果實中檢測到HY5-HA蛋白。因此，HY5蛋白是一個具有移動性的信號分子，能從葉片轉運到果實，參與調控果實成熟進程。據此，該研究還開發了一個通過夜間補充微弱紅光和藍光的LED補光方法，在促進葉片和果實中HY5蛋白累積的同時，顯著提升番茄果實品質。

綜上所述，該研究明確了光信號在番茄果實成熟和品質形成中的作用，探明了HY5作為可移動的系統信號調控番茄果實類胡蘿卜素與糖類代謝的分子機制。同時，提出的夜間低照度紅藍光補光策略為番茄品質提升提供了新的方法，也為光環境調控在設施農業生產中的應用提供了理論依據。

HY5調控番茄果實成熟的模式圖

浙江大學農業與生物技術學院周艷虹教授為本文的通訊作者，喻景權院士為共同通訊作者。博士生王嘉純為本文第一作者。該研究得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃和浙江大學上海高等研究院繁星科學基金等項目的資助。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1002/advs.202500110