2025年10月23日，四川大学张阳教授团队在Journal of Integrative Plant Biology（IF: 9.3）在线发表了题为Light regulates tomato fruit metabolome via SlDML2‐mediated global DNA demethylation的研究论文，该研究借助DAP-seq技术阐明了番茄中“光信号—SlHY5—SlDML2—DNA甲基化—果实代谢"的调控链条，揭示了光信号通过调控DNA甲基化进而影响植物整体代谢网络的全新机制。蓝景科信为该研究提供了DAP-seq技术支持。
光是植物主要的能量来源，同时也是一种至关重要的环境因子，具有广泛的生物学功能。在现代农业系统中，调节光配方（包括光周期、光照强度和光质）已被认为是加快植物生长速度、提高产量或改善品质的关键手段。目前，在解析光影响植物生长发育的分子机制方面已取得显著进展，但表观遗传调控在光响应中的作用机制尚未明确。
主要研究结果
核心发现一：多组学+数据库构建——解析光质对果实代谢的全局调控
为系统探究光质对番茄果实代谢的影响，本研究在番茄开花期分别施加30%红光（RLS）与30%蓝光（BLS）补充照明，于9个发育阶段采集果实样本。非靶向代谢组（LC-MS/MS、GC-MS）共鉴定了479种代谢物，RLS与BLS均显著促进类胡萝卜素（如α-胡萝卜素、β-胡萝卜素、番茄红素）和类黄酮的积累。进一步RNA-seq分析筛选出3615个光响应基因，其中类胡萝卜素合成关键基因（SlGGPPS2、SlPSY1、SlPDS）、乙烯合成基因（SlACS2、SlACO1）、细胞壁降解基因（SlEXP1、SlPG2A）在RLS/BLS处理下提前激活。
图1 补充红光（RLS）或补充蓝光（BLS）诱导番茄果实发生显著代谢变化
核心发现二：基因功能验证——锁定光信号传导与表观调控关键因子
1、光受体：SlphyB2与SlCRY1a分别介导红光与蓝光响应
为明确光调控代谢的核心通路，本研究构建SlPHYB2-RNAi（红光受体）与SlCRY1a-RNAi（蓝光受体）转基因番茄，对比其在RLS/BLS处理下的果实表型与基因表达差异。SlPHYB2-RNAi果实对RLS响应消失——类胡萝卜素积累延迟7d，SlPSY1、SlACS2等基因表达量较野生型（WT）降低60%-80%；而SlCRY1a-RNAi果实对BLS响应缺失，类黄酮含量降至WT的30%，证明SlphyB2与SlCRY1a是红光、蓝光调控果实代谢的特异性受体。
图2 光受体SlPHYB2和SlCRY1a分别参与补充红光和补充蓝光介导的果实成熟加速过程
2、DNA去甲基化酶SlDML2：光诱导代谢的表观调控核心
构建SlDML2-Cas9敲除突变体，检测其在不同光处理下的果实成熟表型、基因表达及全基因组甲基化水平。结果显示SlDML2突变体果实无论在白光、RLS还是BLS条件下均维持绿色未成熟表型，成熟相关基因（SlRIN、SlNOR、SlCNR）启动子甲基化水平较WT升高40%-50%，且RLS/BLS诱导的甲基化降低效应消失；同时，类胡萝卜素与类黄酮合成通路的关键基因表达被显著抑制，证明SlDML2介导的全基因组去甲基化是光诱导果实代谢与成熟的必需环节。
图3 番茄光诱导表达数据库（TomLED）数据的自组织映射分析图
图4 SlDML2调控的DNA甲基化参与光诱导的番茄果实代谢及成熟变化
3、光信号中枢SlHY5：连接光信号与表观调控的关键纽带
研究团队进一步以proSlDML2为诱饵进行了酵母单杂交筛选，鉴定出229个转录因子。然后以SlDML2为目标进行共表达分析，筛选得到12个转录因子，其中有6个基因（Solyc09g075440、Solyc07g052700、Solyc07g052960、Solyc07g055920、Solyc12g087830 和Solyc08g061130）通过两种方法均被筛选出来。在这6个基因中，Solyc08g061130（SlHY5，光信号调控因子）的表达被RLS或BLS显著上调。推测SlHY5可能是SlDML2的互作因子。进一步实验证实，SlHY5的表达受RLS和BLS显著诱导，且该诱导效应依赖于光受体SlPHYB2和SlCRY1a。SlHY5是光信号促进果实成熟所必需的，其缺失会导致成熟过程受阻，且关键成熟基因（SlDML2、SlRIN、SlNOR、SlCNR）的表达显著下调，且丧失对光信号的响应能力。以上结果表明SlHY5在SlDML2上游发挥作用，构建起光信号与DNA去甲基化之间的关键调控桥梁，而其表达也可在成熟过程中通过SlDML2介导的启动子去甲基化进一步被诱导，形成双向调控关系。
为进一步研究SlHY5分子机制，研究团队进行DAP-seq分析，结果显示SlHY5可直接结合SlDML2启动子的G-box基序，且结合能力在 RLS/BLS 处理下提升2-3倍；ChIP-qPCR 、EMSA、Y1H进一步验证了这一结合关系。然后通过Dual-LUC实验，验证SlHY5可显著激活SlDML2启动子活性（LUC/REN 比值较对照升高4.5倍），突变G-box后激活效应消失。接着通过构建SlHY5-RNAi与SlHY5-Cas9突变体，发现突变体果实中SlDML2表达量较WT显著下降，全基因组CG/CHG甲基化水平升高，RLS/BLS诱导的代谢加速效应丧失。以上结果证明，SlHY5通过直接结合并激活SlDML2，构建起光信号与DNA去甲基化之间的关键调控通路。
图5 SlHY5在番茄果实成熟过程中发挥重要作用
图6 SlHY5通过直接诱导SlDML2基因表达，调控光介导番茄果实代谢变化
小结
本研究揭示了光信号通过“光受体–SlHY5–SIDML2–DNA去甲基化–代谢/成熟基因"级联通路，调控番茄果实代谢组与成熟过程的分子机制。该发现不仅深化了对植物光信号与表观遗传互作的理解，也为通过光调控策略改善果蔬品质提供了理论依据与育种靶点。
图7 红光/蓝光介导番茄果实代谢及成熟变化的作用模型
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