维尔茨堡大学 有了双加氧酶和光控阴离子通道ACR1的两个额外基因，当暴露在绿光下时，烟草植物可以通过细胞膜传导盐离子
这一成功可以从实验中看到:虽然花粉管通常朝着卵细胞受精的方向生长，但在转基因细胞中，它们会根据光照改变生长方向
学分:博士
Kai Konrad 科学杂志《科学》称光遗传学为“十年的突破”，至今已近十年
简单地说，这项技术使得用光脉冲控制细胞的电活动成为可能
例如，在它的帮助下，科学家可以获得对神经细胞功能的新见解，从而更好地理解神经和精神疾病，如抑郁症和精神分裂症
动物细胞的既定程序 在动物细胞的研究中，光遗传学现在是一种在许多领域使用的成熟技术
植物研究的情况则不同:将这一原理转移到植物细胞中并广泛应用，直到现在都是不可能的
然而，这种情况现在已经改变了:JMU维尔茨堡朱利叶斯·马克西米利安大学的科学家已经成功地在烟草植物中应用了光遗传方法
他们在最新一期的《自然植物》杂志上发表了他们的研究成果
“特别是，博士
凯·康拉德教授
海德里奇小组(植物学一)和博士
我们组的高世强是这个项目成功的主要负责人，”光遗传学的联合创始人乔治·内格尔教授解释说
除了生理学研究所的神经生理学系之外，朱利叶斯-冯-萨克斯研究所的三位主席也参与了合作:植物学一、植物学二和药物生物学
细胞活动灯开关 “光遗传学是在用基因工程方法将‘光传感器’引入细胞或活生物体后，用光来操纵它们
特别是，光控阳离子通道视紫红质-2已经帮助光遗传学取得了突破，”内格尔说，并描述了他共同开发的方法
在通道视紫红质的帮助下，细胞的活动可以像开关一样打开和关闭
然而，在植物细胞中，这种方法迄今只在有限的范围内有效
这主要有两个原因:“很难对植物进行基因改造，使其在功能上产生视紫红质
此外，它们缺少一种视紫红质不能发挥作用的关键辅因子:全反式视黄醛，也称为维生素A
高
植物细胞的绿灯 教授
纳格尔博士
高博士
康拉德和他的同事现在已经能够解决这两个问题
他们通过从海洋细菌中引入酶，成功地在烟草植物中产生维生素A，从而使视紫红质更好地结合到细胞膜中
这第一次允许通过所谓的阴离子通道视紫红质GtACR1通过光对完整的植物或选定的细胞进行非侵入性操作
在早期的方法中，来自植物学的植物生理学家已经人为地将急需的辅因子维生素A添加到细胞中，以使光门控阳离子通道在植物细胞中变得活跃(Reyer等人
，2020年，PNAS)
利用现在展示的遗传技巧，教授
内格尔和他的同事已经培育出了除了视紫红质之外还能产生一种特殊酶的植物，这种酶被称为双加氧酶
然后，这些植物能够从富含于植物叶绿体中的维生素原A中产生通常不存在于植物中的维生素A
维生素A生产和视紫红质植物应用优化的结合最终导致了由教授领导的研究人员
纳格尔博士
康拉德和博士
高走向成功
植物研究的新途径 “如果你用绿光照射这些细胞，细胞膜对负电荷粒子的渗透性会急剧增加，膜电位会发生显著变化，”Dr
康拉德
他说，通过这种方式，有可能专门控制例如花粉管的生长和叶子的发育，从而详细研究植物生长过程的分子机制
维尔茨堡的研究人员相信，这种新的植物光遗传学研究方法将极大地促进未来对以前被误解的信号通路的分析
光遗传学的先驱 视紫红质是一种天然光敏色素，是许多生物视觉的基础
事实上，来自古细菌(细菌视紫红质)的光敏离子泵可以被整合到脊椎动物细胞中，并在那里发挥作用，这一点在1995年由格奥尔格·内格尔和法兰克福马克斯·普朗克生物物理研究所的恩斯特·班伯格首次证明
在2002/2003年，这一证明也是通过藻类的光敏离子通道实现的
在2002年和2003年发表的两篇论文中，内格尔与彼得·赫格曼一起证明了两种光敏通道蛋白的存在，通道视紫红质-1和通道视紫红质- 2 (ChR1/ChR2)
至关重要的是，研究人员发现，当基因在脊椎动物细胞中表达时，ChR2会引起膜电流和膜电压的极其快速的光诱导变化。
此外，ChR2的小尺寸使得它非常容易使用
此后，内格尔因这一发现获得了无数奖项，最近一次是在2020年，与另外两位光遗传学先驱一起获得了1美元的奖金
200万肖生命科学奖
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