光可以控制基因开关
光控开关系统由几个相关联的部分构成，转录激活因子（TALE）， CRY2（一种光敏感蛋白）和 CIB1（ CRY2 的天然结合蛋白）。 DNA 结合蛋白 TALE 组合成特定的形式与 DNA 结合。 TALE 与 CRY2 融合在一起。当 CRY2 遇到光线，它就会改变结构与 CIB1 结合。这几部分协同作用，行使细胞的遗传指令——调控 DNA 转录成 mRNA 。
利用这一原理，研究人员将 CIB1 改造成可以与另外一个蛋白相结合的形式参与基因表达的调控。光开关系统进入细胞后， TALE 与目的 DNA 结合。当有光线照射到细胞时， CRY2 蛋白与原本游离在细胞中的 CIB1 相结合。 CIB1 携带的基因活化蛋白启动 DNA 的复制或者转录。或者， CIB1 携带的基因抑制蛋白抑制 DNA 的复制或者转录。
一个单一的光脉冲足以诱导蛋白结合，启动 DNA 复制和转录。研究人员发现，每分钟一次左右的光脉冲是实现连续转录zui有效的频率。另外，连续给予30分钟的光脉冲，目的基因转录 mRNA 的水平显著增加，而光脉冲一旦停止， mRNA 的水平约在30分钟内开始下降。
研究人员通过对来自实验室培养的神经元和取自动物的细胞中的 30 个不同的基因进行研究发现，基因开关系统均可以使其转录水平增加。
斯坦福大学生物工程和光遗传学教授 Karl Deisseroth 说，该研究的创新点在于其光控开关系统控制的不是人工合成的基因，而是取自细胞的基因。基于这一技术，可以观测特定的基因在特定时间点的表达情况。
表观遗传学修饰
基因表达调控开关的另外一个作用就是研究表观遗传学修饰。表观遗传学一个重要的领域就是组蛋白的化学修饰。组蛋白可以与 DNA 结合在一起，控制相关基因的表达。研究人员发现可以通过 TALE 与组蛋白融合改变表观遗传学修饰。
表观遗传学修饰在学习和记忆形成过程中发挥了重要的作用，但是由于缺少有效的途径干预组蛋白的修饰，导致这一课题没有进一步深入研究。新技术的应用可以地干预单一基因的表达，从而给该课题的研究提供了可能性。
目前，研究人员已经证实，一些组蛋白的结构域可以与光敏感蛋白结合，他们正在扩充可以被应用到基因调控系统中的组蛋白修饰的类型。
