在生物研究和应用领域,例如功能基因组学、组织工程、基因治疗和生物药品的生产等,外源基因的表达都是一种不可或缺的重要研究手段。目前世界上已经有很多种诱导型基因表达系统,例如四环素、黄体激素调控的基因表达系统等。这些系统通常以化学物质为诱导物,有的系统经过多年来的优化获得了非常优秀的诱导性质。然而化学诱导剂具有一些潜在的问题,例如毒性、多效性、非特异性以及组织渗透性差从而无法及时的在生物体或特定组织进行调控,这些缺陷限制了化学诱导系统的广泛应用。　　光是普遍存在的、易于获得的、安全且绿色环保的资源,是一种很理想的诱导剂。近十几年来,很多科学家都在努力寻找利用光来调控细胞内蛋白质表达的方法。然而由于本身的缺点或者技术上的复杂性,现有的几种方法在实际的应用中都存在着很大的局限性。在我们的研究开展之前,世界上尚未有一种简便的、诱导性质优秀的真核细胞光控基因表达系统出现。　　本文首先将一种蓝光调控的光敏蛋白VIVID引入Gal4/UAS模型,构建了一种合成的、遗传编码的光控转录激活因子。该转录激活因子(GAVP)由Gal4第1-65位氨基酸、光敏蛋白VIVID(第37-186位氨基酸)、NF-κB p65转录激活结构域依次融合构成。蓝光照射可引起GAVP二聚化并结合UASG元件,从而在哺乳动物细胞中激活UASc下游目的基因表达。对该转录激活因子进行了VIVID-36的定点突变及Gal4与VIVID-36间连接肽的优化。优化的转录因子GAVPO对应的基因表达系统命名为LightOn系统。　　利用HEK293细胞来研究LightOn系统的激活特点。结果显示,LightOn系统本底表达量低,光照后目的基因的表达量高,与CMV启动子的激活水平相近,诱导倍数通常可达200-300倍,激活快速且可逆,目的基因的激活水平依赖于光照量,可以从时间和空间水平上同时调控基因的表达。将LightOn系统导入其它几种哺乳动物细胞,同样可以激活目的基因的表达,且亦有高诱导倍数。　　本研究还验证了LightOn系统能否在动物体内激活表达。将mCherry或Fluc报告基因载体与GAVPO共转染到小鼠体内后进行蓝光诱导。结果显示,光照可时空调控目的基因在小鼠体内的表达,且亦有低背景高激活水平的特点。进一步地,利用LightOn系统调控Cre重组酶的表达,成功的在小鼠模型中实现了光介导的基因重组。此外,光照诱导Insulin基因在1型糖尿病小鼠中表达,成功的降低了小鼠的血糖水平。　　在LightOn系统基础上,进一步地将光控单个基因表达模型扩展为基于2A肽、IRES元件或双向表达的双基因共表达模型。这些模型各具特点,且均保持了LightOn系统优秀的诱导特性。将2A、IRES或双向模型进行一定的组合,有望实现光调控的多基因同时表达。　　本研究构建的LightOn系统提供了一种简单而强大的调控真核细胞内外源基因表达的工具。该系统具有高时空调控分辨率,可被用来操纵生命系统中各种生物过程,还有望为未来基因治疗提供一种有力工具,造福全人类。