光遗传学是通过光调控细胞生理活动的新兴生物技术,近些年获得了迅猛发展。光敏元件light-oxygen-voltage（LOV）domain是目前最小分子量的一种感光受体,近年来已经成为研究的新工具。研究者们已经成功地利用LOV2控制了一系列的细胞生理活动,包括细胞迁移,钙内流,核质运输,亚细胞定位,蛋白质降解,基因表达等。外周膜蛋白与膜的相互作用是细胞生理事件参与的重要过程,例如囊泡运输、内吞作用、信号转导、钙离子内流（SOCE）等。为了时空控制目标蛋白的膜结合过程,我们可以利用光遗传工具实现人为控制、调控目标蛋白的膜识别。外周膜蛋白Rit1在细胞内可以特异性瞬时地与质膜发生结合。Rit1与膜相互作用很难被精准调控,而利用光遗传技术可以实现精准调控Rit1与膜结合的瞬时动态过程。通过将Rit1的富含正电荷的氨基酸残基结构域（Rit-PB）与LOV2 domain融合在一起,形成一种新的光遗传工具OptoPB。在蓝光激发下,OptoPB选择性地、可逆地结合质膜（PM）,并在黑暗中释放回细胞质。但是其光调控和磷脂识别机制尚不清楚。在本研究中,我们构建并获得了重组蛋白质OptoPB,并通过液体核磁共振波谱、脂质体pulldown、表面等离子共振（SPR）等技术,探讨了 OptoPB在体外的光调控和膜相互作用机制。我们利用紫外-可见光吸收光谱分析了 OptoPB蓝光吸收的光回复动力学,结果表明OptoPB具有与LOV2相同的光动力学特征。我们利用液体核磁共振波谱对OptoPB的整体结构和光诱导构象变化进行了表征,表明OptoPB具有与LOV2相同的二级和三级结构,可以响应蓝光,发生构象变化。OptoPB感光结构域LOV2结构和功能的完整性,揭示这一体系可以实现可逆的蓝光操控。黑暗态的相互作用界面分析,结果表明空间位阻效应调控了 OptoPB与膜的结合。膜结合实验表明,在蓝光照射下,OptoPB能够特异性识别类膜体系中的磷酸肌醇,其中结合能力最强的是PI（4,5）P2并且需要完整膜环境。SPR亲和力测定表明光激发态OptoPB与类膜体系liposome的亲和力比黑暗态提高了约10倍,这种10倍的动态变化可以满足细胞内的光遗传控制OptoPB与质膜的结合与解离。位点突变结合高分辨率NMR研究进一步表明,带正电荷的赖氨酸和精氨酸残基和疏水残基参与形成PI（4,5）P2磷脂结合口袋,利用静电相互作用力、疏水作用力参与磷脂识别与膜结合。其中三个疏水残基对亲和力的贡献比亲水残基更大,而带正电荷的碱性残基对磷脂识别的贡献程度各有差别。我们认为OptoPB利用了 PI（4,5）P2的特异性识别和非特异性静电相互作用机制来确保其对PM的高选择性和亲和力。