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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。
近日，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，随后通过菌根实验明确发现，phyB抑制了AMF在番茄根系的定殖和磷的吸收。突变体phyB与野生型的嫁接实验结果表明，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实验结果证明HY5能够转录调控SLs的合成基因CCD7、CCD8和MAX1。同时，补光实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。
浙江大学农业与生物技术学院博士生葛诗蓓为该论文的第一作者，周艳虹教授为该文的通讯作者。该研究得到了浙江省重点研发计划、国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助。
周艳虹教授课题组近年来在国家与省部级项目的资助下，致力于设施蔬菜生长发育调控研究，在逆境响应及其光环境调控等方面取得了一系列进展，在Curr Biol、EMBO rep、New Phytol、Plant Biotech J、Plant Physiol等主流刊物发表了系列研究成果。
论文链接：
https://doi.org/10.1111/nph.17883