不同光质对茶树光合作用及PHY基因家族昼夜节律调控机制的研究

本研究针对光质调控茶树(Camellia sinensis)生长发育的关键科学问题，通过48小时连续观测，系统分析了红、蓝、紫和白光对茶树光合作用及PHY基因家族表达的影响。研究发现红光显著提升光合效率并上调CsPHYB1等基因表达，其节律模式与生物钟基因PRR5同步，而紫光则表现出抑制作用。该成果为茶树栽培光环境优化提供了分子理论基础，发表于《Plant Science》。

　　

光照是影响植物生长发育的核心环境因子，而茶树作为重要的经济作物，其品质形成与光环境密切相关。然而，不同波长光质如何通过光受体调控茶树光合作用的昼夜节律，特别是PHY（光敏色素）基因家族在这一过程中的分子机制尚不明确。这一问题直接关系到茶园光环境精准调控技术的开发。

南京农业大学的研究团队以'中茶108'品种为材料，采用多学科交叉方法揭示了光质-生物钟-光合作用的联动机制。研究通过LED光源控制系统构建红(660 nm)、蓝(465 nm)、紫和白光处理体系，结合光合参数测定、叶绿素荧光成像和qPCR技术，在48小时连续观测中动态追踪了光合效率与PHY基因表达变化。

植物材料与处理方法
实验选用两年生扦插苗，在光强240 μmol m^-2
s^-1
、12h/12h光暗循环条件下，测定净光合速率(P_n
)、气孔导度(G_s
)等参数，并采集叶片进行基因表达分析。

CsPHY蛋白系统进化分析
从茶树基因组中鉴定出6个PHY家族成员，分为PHYA(含CsPHYA1/2)、PHYB(CsPHYB1/2)、PHYC和PHYE亚型。进化树显示其与拟南芥、甘蓝型油菜PHY蛋白高度同源。

讨论
红光通过PHYB-COP1-HY5信号通路显著提升叶绿素含量和P_n
值，CsPHYB1表达节律与生物钟基因PRR5同步，证实PHYB在光周期响应中的核心地位。紫光则因干扰光信号转导导致光合参数下降。值得注意的是，蓝光虽通过隐花色素(CRY)抑制茎伸长，但对茶树光合效率的促进效应弱于红光。

结论
该研究首次阐明茶树PHY家族成员在不同光质下的差异表达模式，发现CsPHYB1是红光响应的关键介质，其表达节律与生物钟耦合。这一发现为茶园补光技术提供了分子靶点——通过红光调控可同步优化光合效率与次生代谢，对提升茶叶品质具有重要实践意义。研究还建立了光质-生物钟-光合作用的调控模型，为木本植物光信号转导机制研究提供了新范式。