Neuromodulation is a powerful tool for fundamental studies in neuroscience and potential treatments of neurological disorders. Both photoacoustic (PA) and photothermal (PT) effects have been harnessed for non-genetic high-precision neural stimulation. Using a fiber-based device excitable by a nanosecond pulsed laser and a continuous wave laser for PA and PT stimulation, respectively, we systematically investigated PA and PT neuromodulation at the single neuron level. Our results show that to achieve the same level of cell activation recorded by Ca2+ imaging the laser energy needed for PA neurostimulation is 1/40 of that needed for PT stimulation. The threshold energy for PA stimulation is found to be further reduced in neurons overexpressing mechano-sensitive channels, indicating direct involvement of mechano-sensitive channels in PA stimulation. Electrophysiology study of single neurons upon PA and PT stimulation was performed by patch clamp recordings. Electrophysiological features stimulated by PA are distinct from those induced by PT, confirming that PA and PT stimulations operate through distinct mechanisms. These insights offer a foundation for rational design of more efficient and safer non-genetic neural modulation approaches.

Fruit ripening involves key transcription factors (TF). Despite the established importance of WRKY TFs in plant development, the involvement of WRKY and its underlying mechanism in the regulation of fruit ripening and color transformation remain unclear. Here, we discovered a phenomenon where SlWRKY80 is involved in the ripening and color transformation of tomato. Overexpression of SlWRKY80 shortened the color transition cycle of tomato fruit, whereas loss-of-function mutation in SlWRKY80 delays this process. On the 7th day after the color breakdown (Break+7), the fruit color was bright red in SlWRKY80-overexpression lines. SlWRKY80 could bind to downstream promoters of SlSGR1 and SlPSY1, thereby exerting a positive regulatory effect on the expression levels of SlSGR1 and SlPSY1. This regulatory activity led to the facilitation of chlorophyll a decomposition and carotenoid synthesis during the transition of fruit color, ultimately accelerating fruit ripening and color change. The SlWRKY80 knockout lines (slwrky80cr-3 and slwrky80cr-4) showed light red. Thr (The 69th amino acid) mutated to Ser of SlWRKY80 (slwrky80cr-46), SlHDA1 was recruited as a regulatory factor to enhance the regulation of downstream SlPSY1 by SlWRKY80, and inhibited the SlSGR1 expression by SlWRKY80 which maybe the reason why the slwrky80cr-46 knockout lines exhibited brown color. In conclusion, SlWRKY80 regulates the expression of SlSGR1 and SlPSY1 by recruiting SlHDA1, thereby regulating chlorophyll decomposition and carotenoid synthesis, and further participating in fruit maturation and related fruit color formation. This research has important guiding significance for breeding tomato germplasm with excellent commercial traits.

Abstract Humanized mouse models have improved biomedical research by providing a tractable system with which to perform in vivo experiments on human tissues. Use of irritators is the standard method for establishing high levels of stem cell engraftment, however not all institutes have access to this instrumentation in the animal facility. The use of busulfan has been successfully used to precondition for stem cell engraftment on a limited number of mouse backgrounds. In this report we further test the utility of busulfan as a means to successfully engraft hIL15-Tg-NSG and SGM3-NSG mouse stains which are capable of establishing the innate NK cell and myeloid immune compartments. Results from our studies show that busulfan can successfully precondition hIL15-Tg-NSG mice but not SGM3-NSG mice for high levels of human immune cell engraftment. SGM3-NSG mice preconditioned with busulfan exhibited only 10-20% human CD45 cells in the bone marrow or spleen, where as NSG and hIL15-Tg-NSG mice routinely achieved ∼80%. Busulfan preconditioned SGM3-NSG mice showed elevated levels of granulocytic MDSC, and cDC1 and cDC2 myeloid populations. This is in contrast with hIL15-TG-NSG which showed robust reconstitution of mature CD16 expressing NK cells. We conclude from our studies that busulfan is an effective means to precondition mice for CD34+ stem cell engraftment, but it may have limitations when use to precondition the SGM3-NSG model.

Abstract Highly precise neuromodulation with a high efficacy poses great importance in neuroscience. Here, we developed a candle soot fiber optoacoustic emitter (CSFOE), capable of generating a high pressure of over 10 MPa, enabling highly efficient neuromodulation in vitro. The design of the fiber optoacoustic emitter, including the choice of the material and the thickness of the layered structure, was optimized in both simulations and experiments. The optoacoustic conversion efficiency of the optimized CSFOE was found to be ten times higher than the other carbon-based fiber optoacoustic emitters. Driven by a single laser, the CSFOE can perform dual-site optoacoustic activation of neurons, confirmed by calcium (Ca) imaging. Our work opens potential avenues for more complex and programmed control in neural circuits using a simple design for multisite neuromodulation in vivo.