番茄(Solanum lycopersicum)是世界范围内最受欢迎且被广泛消费的蔬菜作物之一,因其富含类胡萝卜素等抗氧化剂而备受关注。随着品种的优化和栽培技术的提高,消费者对番茄的营养品质和保健功能有了更高的要求。探究促进番茄果实类胡萝卜素生成与积累的内在机制,以求通过品种改良和栽培方法的优化提高类胡萝卜素积累对提高番茄果实品质有着积极的意义。HY5是植物光形态建成的重要调控因子之一,近年来针对植物生长发育过程与不同的环境下,HY5调控植物类胡萝卜素合成与代谢的研究逐渐增多,但番茄中相关研究还鲜有报道。本论文首先探究了光照在番茄果实成熟和类胡萝卜素合成中的作用;以HY5基因不同突变体材料为研究对象,研究HY5在番茄类胡萝卜素合成中的功能,解释相关作用机制;初步探究了HY5在叶片与果实间的移动性及其对果实类胡萝卜素合成的作用。所得主要结果如下:1.光照并不是番茄果实转色的必要条件,但是缺乏光照限制了果实中类胡萝卜素的积累,降低葡萄糖、果糖以及抗坏血酸含量。黑暗下果实叶绿素快速降解,但果实依旧可以在花后38天正常转色。遮光后,果实中参与类胡萝卜素合成的DXS、PSY1、PDS、ZDS和CrtISO的基因表达下调,番茄红素、β-胡萝卜素和叶黄素含量降低。遮光后果实品质也受到影响,果实中葡萄糖、果糖以及抗坏血酸含量显著降低,而果实中蔗糖、苹果酸、柠檬酸含量受遮光影响较小。2.HY5可以结合番茄红素合成基因PSY1和PDS启动子上特殊元件转录激活基因表达促进果实中类胡萝卜素合成。HY5过表达材料中PSY1、PDS、ZDS、CrtISO这4个番茄红素合成基因在果实成熟各个时期表达量均大于野生型与hy5-RNAi突变体,番茄红素和β-类葫芦卜素含量也呈HY5-OE>野生型>hy5-RNAi的趋势。EMSA和双荧光素酶瞬时表达实验证明HY5蛋白可以结合PSY1启动子上Z-box和PDS启动子上C/G-box转录激活基因的表达,其中对PDS的促进作用尤为显著。果实品质方面,HY5可能通过调控蔗糖转运相关蛋白促进蔗糖从源到库的转移,影响果实中蔗糖向果糖、葡萄糖的转化,但具体机制还有待解答。3.叶片中HY5蛋白可以转移到果实中对果实类胡萝卜素合成和果实品质的形成有积极作用。利用嫁接我们获得以hy5-RNAi为接穗,HY5-OE为砧木的组合材料,摘除接穗上部叶片以保证砧木叶片为主要光合作用部位进行试验。结果表明,hy5/HY5-OE嫁接苗上部果实番茄红素与β-胡萝卜素含量高于hy5/hy5材料,受HY5转录激活的PSY1、PDS及其下游ZDS、CrtISO也有一定程度上调。hy5/HY5-OE上部绿熟期果实中HY5蛋白含量相对提高,我们猜测叶片中HY5既可以直接参与果实中PSY1等基因的转录调控,也可以激活果实中自身基因的转录,增加蛋白积累,但具体机制还不能完全阐明。综上所述,番茄HY5蛋白在光照的激活下参与到番茄果实发育及成熟过程,果实中HY5直接转录激活番茄红素合成基因PSY1、PDS促进类胡萝卜素合成,促进糖类转运和转化,提高果实品质;同时,叶片中HY5可以转移至果实中激活自身和相关类胡萝卜素合成基因表达,对番茄果实类胡萝卜素积累和果实品质有积极作用。