本项目属于 “生物化学与细胞生物学新技术方法”领域。细胞内氧化还原态的实时追踪是生命机制基础研究、生物工程与疾病诊疗应用研究面临的重要技术挑战。本项目围绕氧化还原分子识别、高性能荧光传感构型、光控分子开关原理等关键科学问题开展研究，发展多种高性能氧化还原荧光探针与光控基因表达系统，实现了在时间与空间上对细胞内的氧化还原稳态进行成像与控制，为氧化还原稳态相关的生命科学基础研究提供创新工具，可广泛用于生物工程与药物发现等应用领域。主要研究成果如下：辅酶I氧化还原态基因编码荧光探针与高时空分辨成像。 利用变构作用将蛋白基受体对氧化还原分子识别与荧光发色团相偶联，率先发展了系列特异性监测NADH氧化还原状态的遗传编码荧光探针，实现了在活细胞、亚细胞以及活体动物水平对氧化还原稳态的动态监测与成像。进而利用该技术，通过高通量筛选发现了高效杀伤肿瘤的化合物，鉴定了其作用机制。该发明为人们更好地分析细胞氧化还原稳态与药物发现研究提供重要的创新工具与手段。蛋白质巯基氧化还原荧光探针的原位成像。利用蛋白质相邻巯基与三价砷的专一结合特性，创新发展了用于蛋白质内邻二巯基检测的特异性荧光探针，并通过荧光共振能量转移原理对其信噪比进行系列优化。利用这些小分子荧光探针实现了含邻二巯基蛋白质在活细胞内的动态实时跟踪，并揭示了线粒体活性氧对这些巯基修饰形式中的重要调控作用，为生物体内氧化还原信号转导的分析及生物过程与生物制造技术的开发提供了新的研究思路。基因表达与细胞氧化还原态精密调控技术。 建立了简单、稳定、真正实用的光控基因表达系统，在时间空间上高精度调控目的基因表达，并首次实现了光对哺乳动物器官内基因表达的控制；发现了对细胞内氧化还原态的调控可有效提高重要蛋白质药物的表达效率。该成果可为生命科学基础研究提供有力工具，还可广泛用于生物工程与前沿医疗等应用领域。本项目8篇代表性论文均发表于Nature Methods、Nature Protocols、Cell Metabolism(2篇)、Angew Chem Int Ed、J Am Chem Soc、Cell Research等一流杂志，篇均影响因子16.7，被Science等SCI期刊他引500次；单篇最高他引206次。项目期间，中国发明专利授权4项，申请国外发明专利4项，现已授权4项，中国发明专利12项，现已授权5项。项目负责人是Nature Methods专文介绍的首位中国科学家，项目发展的前沿方法在国际同行中获得重要影响，被国际同行评价为“颠覆氧化还原领域研究”，已被全球500余研究组跟踪应用，他人应用本项目发明技术的研究成果已经相继发表于Science等权威期刊。项目主要完成人近年分别或相继入选中国工程院院士、教育部长江学者、青年长江学者、万人计划科技创新领军人才及多个上海市人才计划，获得国家杰出青年基金、优秀青年基金资助。