近日，鄭州大學(xué)作為共同第一作者單位在Nature雜志發(fā)表了題為“Probing plant signal processing optogenetically by two channelrhodopsins”的研究論文，我校生命科學(xué)學(xué)院周楊博士作為共同第一作者參與了該項研究。

面對外界刺激，具有固著生長特性的植物通常會通過電信號、Ca2+信號與ROS信號應(yīng)答不同的外界脅迫刺激而快速做出響應(yīng)，并調(diào)控基因表達(dá)水平和代謝產(chǎn)物的變化。電信號、Ca2+信號和ROS信號是最早發(fā)現(xiàn)的植物信號響應(yīng)因子，在植物脅迫響應(yīng)中它們與植物激素信號相互作用形成復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)機制。當(dāng)前，針對這些特異性信號因子調(diào)控植物生理響應(yīng)的分子機理尚缺少深入的研究，主要技術(shù)瓶頸在于缺少能夠?qū)崿F(xiàn)電信號或離子信號單獨調(diào)控植物生理相應(yīng)的技術(shù)手段。該研究利用光遺傳技術(shù)，通關(guān)調(diào)控光敏感陰離子通道蛋白ACR1 2.0和具有高Ca2+通透性的光控陽離子通道蛋白XXM 2.0實現(xiàn)了在相同電信號（細(xì)胞去極化）的狀態(tài)下，有效地研究了Ca2+信號內(nèi)流或陰離子外流所引起的植物應(yīng)激生理反應(yīng)，解碼了植物電信號和Ca2+信號背后所編碼的植物脅迫應(yīng)答分子機制。

2021年，Georg Nagel教授（周楊的博士導(dǎo)師）課題組首次實現(xiàn)了光遺傳學(xué)技術(shù)調(diào)控植物生長發(fā)育的技術(shù)突破。該成果主要由課題組內(nèi)高世強博士設(shè)計、周楊博士負(fù)責(zé)實施研究，相關(guān)成果發(fā)表在Nature Plants雜志上。該項技術(shù)突破為目前發(fā)表在Nature雜志上的研究成果奠定技術(shù)和方法等重要基礎(chǔ)。

目前，周楊博士與高世強博士負(fù)責(zé)的維爾茨堡大學(xué)光遺傳學(xué)實驗室建立了緊密的科研合作關(guān)系。周楊博士作為該論文的共同第一作者，參與了早期應(yīng)用于植物的光遺傳學(xué)工具的構(gòu)建和篩選、相關(guān)轉(zhuǎn)基因植物的培育、電生理數(shù)據(jù)的采集和遠(yuǎn)距離電信號檢測方法的建立等工作。

上述兩項研究突出了光遺傳學(xué)工具在精確調(diào)控植物應(yīng)激反應(yīng)中的潛力。通過調(diào)整具有明確特征的光照模式，能夠為人們提供在極高時空精度上控制Ca2+信號、電信號或特定離子通量變化的技術(shù)手段。這使得闡明特定離子通量在植物生長、發(fā)育和應(yīng)激反應(yīng)中的確切作用和分子機理成為可能。植物光遺傳學(xué)技術(shù)作為植物生理學(xué)，尤其是植物電生理學(xué)研究的新興方向，將為提高作物抗性、生物育種、植物免疫等研究提供了新的研究思路，同時也將極大地促進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)的基礎(chǔ)理論發(fā)展。

文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07884-1