在植物细胞中，基因不仅存在于细胞核和线粒体，还存在于叶绿体。叶绿体是光合作用的场所，含有自身的DNA和核糖体，能够独立合成部分蛋白质。德国马克斯·普朗克分子植物学研究所的科学家首次在烟草叶绿体中发现了对蛋白质合成起调控作用的基因开关——核糖开关。借助这种核糖开关，可以开启或关闭烟草植物中的叶绿体基因。未来，利用这种核糖开关，有望提高转基因作物的生物安全性。

要合成具有特定功能的蛋白质，首先需要将DNA转录为信使RNA（mRNA），这些mRNA分子作为模板，指导核糖体组装蛋白质。几年前，科学家已在细菌中发现某些mRNA能够与代谢物结合，通过改变自身空间结构来开启或关闭蛋白质合成。核糖开关对细菌而言是一种快速有效的蛋白质合成调控方式，但在植物细胞的叶绿体中，此前尚未发现天然存在的核糖开关。

位于德国波茨坦的马普分子植物学研究所的科学家首次将人工设计的核糖开关引入叶绿体基因组，用于控制单个叶绿体蛋白质的合成。研究人员将一个基因导入烟草叶绿体DNA中，并将茶树成分茶碱作为“开关”分子。茶碱能够结合到mRNA上的核糖开关，从而调控叶绿体核糖体对mRNA的识别和翻译。研究人员拉尔夫·波克表示，利用茶碱核糖开关，未来不仅可以有针对性地研究叶绿体功能，还能在生物技术领域发挥重要作用。叶绿体非常适合生产功能材料，例如每个烟草细胞含有多达100个叶绿体，叶绿体基因可产生比细胞核DNA更多的蛋白质。马普研究所的科学家已将这一发现应用于转基因烟草，使转基因烟草叶片中含有较多的抗生素。

转基因叶绿体可使蛋白质产量更大，但在许多情况下，如果植物细胞持续繁殖，受新陈代谢和光合作用影响，植物生长可能变形或变慢。核糖开关可以防止这一问题，因为相应的基因开关可以在植物生长和收获时被精确调控。