酵母中的双通道光遗传学技术，用于基于光的多路控制细胞过程和信号通路

《Nature Communications》：Dual-channel optogenetics in yeast for multiplexed light-based control of cellular processes and pathways

　　

摘要

光遗传学利用光在基因层面控制细胞功能，已在细胞生理学、生物材料学和代谢工程研究中展现出广泛应用。酿酒酵母（S. cerevisiae）是一种具有工业价值的模式生物，被广泛应用于多种研究领域。然而，由于所需基因数量众多以及不同波长光之间的交叉激活问题，针对不同波长光的光遗传学技术尚未在酿酒酵母中实现多重化应用。在本文中，我们开发了一种适用于酿酒酵母的紧凑型红光响应光遗传系统，该系统仅需一个基因且无需外源性辅因子。通过设计模块化的蛋白质结构，我们有效降低了系统对蓝光的交叉激活效应。我们将这种红光光遗传系统与EL222蓝光光遗传系统相结合，实现了酿酒酵母中的双通道光遗传控制，并通过基于光的调控手段验证了其在生物工程中的实用性——具体表现为能够调控类黄酮化合物木犀草素的合成过程以及促进细胞絮凝，从而简化产物提取步骤。此外，我们还展示了该系统在生物材料开发方面的潜力，利用酿酒酵母成功制备出了双色光遗传图案。这项研究将酿酒酵母中的光遗传学应用从单光调控扩展到了多光调控，为利用不同波长的光实现细胞过程的动态、独立控制提供了新的可能性。