近日，郑州大学作为共同第一作者单位在Nature杂志发表了题为“Probing plant signal processing optogenetically by two channelrhodopsins”的研究论文，我校生命科学学院周杨博士作为共同第一作者参与了该项研究。

面对外界刺激，具有固着生长特性的植物通常会通过电信号、Ca2+信号与ROS信号应答不同的外界胁迫刺激而快速做出响应，并调控基因表达水平和代谢产物的变化。电信号、Ca2+信号和ROS信号是最早发现的植物信号响应因子，在植物胁迫响应中它们与植物激素信号相互作用形成复杂的调控网络机制。当前，针对这些特异性信号因子调控植物生理响应的分子机理尚缺少深入的研究，主要技术瓶颈在于缺少能够实现电信号或离子信号单独调控植物生理相应的技术手段。该研究利用光遗传技术，通关调控光敏感阴离子通道蛋白ACR1 2.0和具有高Ca2+通透性的光控阳离子通道蛋白XXM 2.0实现了在相同电信号（细胞去极化）的状态下，有效地研究了Ca2+信号内流或阴离子外流所引起的植物应激生理反应，解码了植物电信号和Ca2+信号背后所编码的植物胁迫应答分子机制。

2021年，Georg Nagel教授（周杨的博士导师）课题组首次实现了光遗传学技术调控植物生长发育的技术突破。该成果主要由课题组内高世强博士设计、周杨博士负责实施研究，相关成果发表在Nature Plants杂志上。该项技术突破为目前发表在Nature杂志上的研究成果奠定技术和方法等重要基础。

目前，周杨博士与高世强博士负责的维尔茨堡大学光遗传学实验室建立了紧密的科研合作关系。周杨博士作为该论文的共同第一作者，参与了早期应用于植物的光遗传学工具的构建和筛选、相关转基因植物的培育、电生理数据的采集和远距离电信号检测方法的建立等工作。

上述两项研究突出了光遗传学工具在精确调控植物应激反应中的潜力。通过调整具有明确特征的光照模式，能够为人们提供在极高时空精度上控制Ca2+信号、电信号或特定离子通量变化的技术手段。这使得阐明特定离子通量在植物生长、发育和应激反应中的确切作用和分子机理成为可能。植物光遗传学技术作为植物生理学，尤其是植物电生理学研究的新兴方向，将为提高作物抗性、生物育种、植物免疫等研究提供了新的研究思路，同时也将极大地促进现代农业科学的基础理论发展。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07884-1