光可以控制基因開關
光控開關系統由幾個相關聯的部分構成，轉錄激活因子（TALE）， CRY2（一種光敏感蛋白）和 CIB1（ CRY2 的天然結合蛋白）。 DNA 結合蛋白 TALE 組合成特定的形式與 DNA 結合。 TALE 與 CRY2 融合在一起。當 CRY2 遇到光線，它就會改變結構與 CIB1 結合。這幾部分協同作用，行使細胞的遺傳指令——調控 DNA 轉錄成 mRNA 。
利用這一原理，研究人員將 CIB1 改造成可以與另外一個蛋白相結合的形式參與基因表達的調控。光開關系統進入細胞后， TALE 與目的 DNA 結合。當有光線照射到細胞時， CRY2 蛋白與原本游離在細胞中的 CIB1 相結合。 CIB1 攜帶的基因活化蛋白啟動 DNA 的復制或者轉錄。或者， CIB1 攜帶的基因抑制蛋白抑制 DNA 的復制或者轉錄。
一個單一的光脈沖足以誘導蛋白結合，啟動 DNA 復制和轉錄。研究人員發現，每分鐘一次左右的光脈沖是實現連續轉錄zui有效的頻率。另外，連續給予30分鐘的光脈沖，目的基因轉錄 mRNA 的水平顯著增加，而光脈沖一旦停止， mRNA 的水平約在30分鐘內開始下降。
研究人員通過對來自實驗室培養的神經元和取自動物的細胞中的 30 個不同的基因進行研究發現，基因開關系統均可以使其轉錄水平增加。
斯坦福大學生物工程和光遺傳學教授 Karl Deisseroth 說，該研究的創新點在于其光控開關系統控制的不是人工合成的基因，而是取自細胞的基因。基于這一技術，可以觀測特定的基因在特定時間點的表達情況。
表觀遺傳學修飾
基因表達調控開關的另外一個作用就是研究表觀遺傳學修飾。表觀遺傳學一個重要的領域就是組蛋白的化學修飾。組蛋白可以與 DNA 結合在一起，控制相關基因的表達。研究人員發現可以通過 TALE 與組蛋白融合改變表觀遺傳學修飾。
表觀遺傳學修飾在學習和記憶形成過程中發揮了重要的作用，但是由于缺少有效的途徑干預組蛋白的修飾，導致這一課題沒有進一步深入研究。新技術的應用可以地干預單一基因的表達，從而給該課題的研究提供了可能性。
目前，研究人員已經證實，一些組蛋白的結構域可以與光敏感蛋白結合，他們正在擴充可以被應用到基因調控系統中的組蛋白修飾的類型。
