近日，鄭州大學作為共同第一作者單位在Nature雜志發表了題為“Probing plant signal processing optogenetically by two channelrhodopsins”的研究論文，我校生命科學學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信號應答不同的外界脅迫刺激而快速做出響應，并調控基因表達水平和代謝產物的變化。電信號、Ca2+信號和ROS信號是最早發現的植物信號響應因子，在植物脅迫響應中它們與植物激素信號相互作用形成復雜的調控網絡機制。當前，針對這些特異性信號因子調控植物生理響應的分子機理尚缺少深入的研究，主要技術瓶頸在于缺少能夠實現電信號或離子信號單獨調控植物生理相應的技術手段。該研究利用光遺傳技術，通關調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實現了在相同電信號（細胞去極化）的狀態下，有效地研究了Ca2+信號內流或陰離子外流所引起的植物應激生理反應，解碼了植物電信號和Ca2+信號背后所編碼的植物脅迫應答分子機制。

2021年，Georg Nagel教授（周楊的博士導師）課題組首次實現了光遺傳學技術調控植物生長發育的技術突破。該成果主要由課題組內高世強博士設計、周楊博士負責實施研究，相關成果發表在Nature Plants雜志上。該項技術突破為目前發表在Nature雜志上的研究成果奠定技術和方法等重要基礎。

目前，周楊博士與高世強博士負責的維爾茨堡大學光遺傳學實驗室建立了緊密的科研合作關系。周楊博士作為該論文的共同第一作者，參與了早期應用于植物的光遺傳學工具的構建和篩選、相關轉基因植物的培育、電生理數據的采集和遠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工具在精確調控植物應激反應中的潛力。通過調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手段。這使得闡明特定離子通量在植物生長、發育和應激反應中的確切作用和分子機理成為可能。植物光遺傳學技術作為植物生理學，尤其是植物電生理學研究的新興方向，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現代農業科學的基礎理論發展。

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