荧光蛋白的研究进展与应用
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１ ４ ］ 体 １个或多个基因的表达的状况 ［ ， 并可对活体
２ ． ２ 示踪技术 一般的 荧 光 染 料 标 记 的 微 生 物， 由于其生长 快、 分裂多， 染 料 可 在 短 时 间 内 被 稀 释， 所以不能 实时准确地观察微生物侵入活体动物以及细胞的
细胞内的蛋白质运动和细胞元件间的互作进行实
３－ ４ ］ 被光激发产生荧光 ［ 。许多科学家利用荧光蛋 白的发光机理， 将水母中荧光蛋白基因提取出来，
转入其 他 生 物 体 内， 使 得 生 物 变 幻 的 多 姿 多 彩。
５ ］ ２ ０ ０ ０年， 荧光兔（ 图２ ） 在法国诞生 ［ ， 随后荧光猫 ［ ６ ］ ［ ７ ］ （ 图３ ） 、 荧光鼠（ 图４ ） 相继问世。２ ０ ０ ６年 １ ２
图１ 维多利亚多管水母 Ｆ ｉ ｇ ． １ Ａ ｅ ｑ ｕ ｏ ｒ ｅ ａｖ ｉ ｃ ｔ ｏ ｒ ｉ ａ
ａ ： 可见光下图像， ｂ ： 荧光图像。 ａ ：ｐ ｈ ｏ ｔ ｏｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｖ ｉ ｓ ｉ ｂ ｌ ｅ ｌ ｉ ｇ ｈ ｔ ，ｂ ：ｐ ｈ ｏ ｔ ｏｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｆ ｌ ｕ ｏ ｒ ｅ ｓ ｃ ｅ ｎ ｃ ｅ ． 图４ 绿色荧光鼠
摘 要： 绿色荧光蛋白（ ｇ ｒ ｅ ｅ ｎｆ ｌ ｕ ｏ ｒ ｅ ｓ ｃ ｅ ｎ ｔ ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｉ ｎ ， Ｇ Ｆ Ｐ ） 于１ ９ ６ ２年被发现， 由于它可以发出稳定 的荧光， 不具有物种专一性， 且易于在细胞内表达， 已作为标记物广泛地应用于生命科学领域。 本文对荧光蛋白的发现、 作用机理及其应用进展进行了综述。最后， 本文阐述了 Ｇ Ｆ Ｐ在动物营 养相关领域的研究和应用。 关键词： 绿色荧光蛋白； 作用机理； 研究应用 中图分类号： Ｓ ８ ５ ２ ． １ 文献标识码： Ａ 文章编号： １ ０ ０ ６ ２ ６ ７ Ｘ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ ０ ２ ６ ８ ０ ７ 荧光蛋 白 已 在 生 命 科 学 领 域 被 广 泛 利 用， 成 为了当今生物学研究者强有力的帮手。科学家们 利用这一先 进 的 工 具， 在整个生物学界掀起了生 物技术革命， 比如利用三磷酸鸟苷（ Ｇ Ｔ Ｐ ） 标记脑 组织， 可以监控脑神经细胞的生长等， 这无疑是生 物学史上 的 奇 迹。本 文 阐 述 了 荧 光 蛋 白 的 发 现、 发展及利用， 展示了荧光蛋白空前的显像技术及 其他一系列 强 大 的 功 能， 概括了在动物营养相关 领域的研究 进 展， 以期为我国的生物学以及动物 营养学研究者提供新的思路和方法。 ５ 、 ６ ６ 、 ６ ７位氨基酸（ Ｓ ｅ ｒ Ｔ ｙ ｒ Ｇ ｌ ｙ ） 形成发光 成， 第６ 团， 经共价键连接而形成对羟苯甲基咪唑烷酮， 可
１ ０ ］ １ １ ］ 白必将成为强有力的 工 具 ［ 。 Ｗａ ｎ等 ［ 发现用
２期
高权新等： 荧光蛋白的研究进展与应用
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Ｇ Ｆ Ｐ标记斑 马 鱼 的 胰 脏， 可以清楚地观察到胰脏 外分泌部位的发育（ 图７ ） 。
过程。近年 发 现， 荧光蛋白可用于示踪流行性病 毒对活体细胞的感染， 流行性病毒可被实时监控， 借助于这一 新 技 术， 我们可以更深入地研究其感
荧光蛋白的研究进展与应用
， ２ 高权新１ 王进波２ 尹 飞２ 马向明３ 施兆鸿１
（ １ ． 中国水产科学院东海水产研究所， 农业部东海与远洋渔业资源开发利用重点实验室， 上海 ２ ０ ０ ０ ９ ０ ； ２ ． 浙江大学 宁波理工学院， 分子设计与营养工程重点实验室， 宁波 ３ １ ５ １ ０ ０ ； ３ ． 中国石油大学 国家大学科技园管理委员会， 东营 ２ ５ ７ ０ ９ １ ）
收稿日期： ２ ０ １ ２－ ０ ８－ １ ４ 基金项目： 国家科技支撑项目（ ２ ０ １ １ Ｂ Ａ Ｄ １ ３ Ｂ ０ １ ） ； 国家自然科学基金（ ３ １ １ ０ １ ９ ３ ２ ） 作者简介： 高权新（ １ ９ ８ ２ —） ， 男， 山东淄博人， 助理研究员， 主要从事海水鱼类养殖研究。 Ｅ ｍ ａ ｉ ｌ ：ｇ ａ ｏ ｑ ｘ ２ ０ ０ ８ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ 施兆鸿， 研究员， 硕士生导师， Ｅ ｍ ａ ｉ ｌ ：ｓ ｈ ｉ ｚ ｈ ｈ ＠ｈ ｏ ｔ ｍ ａ ｉ ｌ ． ｃ ｏ ｍ 通讯作者：
［ １ １ ］ Ｆ ｉ ｇ ． ７ Ｅ ｘ ｏ ｃ ｒ ｉ ｎ ｅｐ ａ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ｆ ｉ ｃｅ ｘ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎｏ ｆ Ｇ Ｆ Ｐｉ ｎｚ ｅ ｂ ｒ ａ ｆ ｉ ｓ ｈ
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高权新等： 荧光蛋白的研究进展与应用
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２ ． ４ 生物光学感受器 荧光蛋 白 由 于 其 独 特 的 光 信 号 转 导 机 制， 适 于用作活细胞内的光学感受器。现在许多研究者 将具有信号转导功能的分子识别位点结合到荧光 蛋白分子 上 来 设 计 成 生 物 感 受 器。经 研 究 发 现， 利用 Ｇ Ｆ Ｐ感 受 器 可 以 检 测 多 种 分 子 （ 如 核 酸、 激 素） 的表达状况， 甚至可以检测活体细胞中蛋白质
１ ２ ］ １ ３ ］ 。Ｚ ｈ ａ ｏ等 ［ 发现用 Ｇ Ｆ Ｐ标 记 细 菌， 可 染方式 ［
以详细地对 细 菌 的 入 侵 进 行 时 空 检 测， 以确定细 菌特 异 性 的 感 染 部 位 以 及 传 染 源 的 空 间 位 移。 Ｇ Ｆ Ｐ克服了 一 般 荧 光 染 料 所 带 有 的 缺 陷， Ｇ Ｆ Ｐ必 将会进一步 地 取 代 一 般 的 荧 光 染 料， 有效地帮助 学术研究者观察分析细菌、 病毒的感染方式。
１ ５ ］ ｒ ｅ ｇ ｏ ｒ 等［ 构建了 时荧 光 显 像， 且 直 观、 准 确。 Ｇ
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动 物 营 养 学 报
２ ５卷
ｂ ｉ ｃ ｏ ｉ ｄ （ 一种成形素） 与Ｇ Ｆ Ｐ的融合蛋白， 通过直接 光漂白和间接对 ｂ ｉ ｃ ｏ ｉ ｄ 扩散常数的估测， 使研究者 能直接地观察到 ｂ ｉ ｃ ｏ ｉ ｄ 输送的实时影像， 帮助研究
［ ７ ］ Ｆ ｉ ｇ ． ４ Ｇ Ｆ Ｐｒ ａ ｔ ｓ
图２ 绿色荧光兔
［ ５ ］ Ｆ ｉ ｇ ． ２ Ｇ Ｆ Ｐｂ ｕ ｎ ｎ ｙ
图５ 绿色荧光猪
［ ８ ］ Ｆ ｉ ｇ ． ５ Ｇ Ｆ Ｐｐ ｉ ｇ ｓ
ａ ： 可见光下图像， ｂ ： 荧光图像。 ａ ：ｐ ｈ ｏ ｔ ｏｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｖ ｉ ｓ ｉ ｂ ｌ ｅ ｌ ｉ ｇ ｈ ｔ ，ｂ ：ｐ ｈ ｏ ｔ ｏｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｆ ｌ ｕ ｏ ｒ ｅ ｓ ｃ ｅ ｎ ｃ ｅ ． 图３ 放射红色荧光猫
动物营养学报 ２ ０ １ ３ ， ２ ５ （ ２ ） ： ２ ６ ８ ２ ７ ４ Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅＪ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ａ ｎ ｉ ｍ ａ ｌ Ｎ ｕ ｔ ｒ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ６ ２ ６ ７ ｘ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ２ ． ０ ０ ６
２ ． １ 显像技术 由于 荧 光 蛋 白 有 多 种 颜 色， 且 稳 定、 无 毒， 所 以荧光蛋白可使得动物体内复杂的系统结构可视
９ ］ 化。 Ｌ ｉ ｖ ｅ ｔ 等［ 用多种不同颜色的荧光蛋白对神经 系统进行了 基 因 标 记， 使得我们能够观察到大脑
的集成线路 图， 可以直观地看到神经细胞以及细 胞间的相互作用。图 ６中五彩缤纷的色彩形象地 展现了复 杂 的 神 经 网 络。另 外， 荧光蛋白还可用 于生物发育 领 域， 能够形象的观察生物体的器官 组织结构的变化， 随着发育学研究的深入， 荧光蛋
月２ ４日， 东北农业大学的刘忠华教授主持的转基
［ ８ ］ ） 。 因克隆猪课题获得成功（ 图５
２ Ｇ Ｆ Ｐ在生物领域的最新应用进展 １ 荧光蛋白的发现及其作用机理
１ ９ ６ ２年， 下村修在一种生活在北冰洋寒冰水 域的 水 母— — —维 多 利 亚 多 管 水 母 （ Ａ ｅ ｑ ｕ ｏ ｒ ｅ ａｖ ｉ ｃ ｔ ｏ ｒ ｉ ａ ， 图１ ） 体内发 现 了 绿 色 荧 光 蛋 白 （ ｇ ｒ ｅ ｅ ｎｆ ｌ ｕ ｏ ， Ｇ Ｆ Ｐ ） ， 并纯化了 Ｇ来自百度文库Ｆ Ｐ 。马丁·沙尔 ｒ ｅ ｓ ｃ ｅ ｎ ｔ ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｉ ｎ 菲发现了 Ｇ Ｆ Ｐ的价值， 并第 １次运用 Ｇ Ｆ Ｐ这个神 奇工 具 投 入 试 验 研 究。 １ ９ ９ ４年 钱 永 健 改 造 了 Ｇ Ｆ Ｐ ， 使得 Ｇ Ｆ Ｐ的荧光变强、 变色。这 ３位科学家 １－ ２ ］ 由此获得了 ２ ０ ０ ８年诺贝尔化学奖 ［ 。从此， 荧 光蛋白带来了生物技术的新革命。 从水母体内发现的 Ｇ Ｆ Ｐ是由 ２ ３ ８个氨基酸构
［ ６ ］ Ｆ ｉ ｇ ． ３ Ｒ Ｆ Ｐｃ ａ ｔ ｓ
２ ． ３ 报告基因 由 于 荧 光 蛋 白 发 光 团 的 形 成 不 具 物 种 专 一 性， 可发出荧光稳定， 且不需依赖任何辅因子或其 他基质而发 光， 所以转入宿主细胞后的荧光蛋白 基因很稳定， 对多数宿主的生理无影响， 是理想的 报告基因。荧 光 蛋 白 作 为 报 告 基 因， 可显示生物
Ｇ Ｆ Ｐ示踪技 术， 深入研究了德氏乳杆菌在鸡胃肠 道中的黏附和定植情况， 其试验结果显示， 将乳杆 菌饲喂鸡 ６ｈ后， 可以在鸡的胃、 空肠、 回肠、 盲肠 ４ ２ｈ 后， 该菌在各肠段的数量达到 中观测到该菌，
５ ． ５ 最大值（ １ ０ ） 。利用 Ｇ Ｆ Ｐ示踪技术， 可以直观地
Ｔ ａ ｎ ｉ ｇ ｕ ｃ ｈ ｉ 等
者更好 地 了 解 ｂ ｉ ｃ ｏ ｉ ｄ成 形 素 梯 度 的 稳 定 性 和 核 动态。
图６ 脑神经网络结构
［ ９ ］ Ｆ ｉ ｇ ． ６ Ｎ ｅ ｕ ｒ ｏ ｎ ａ ｌ ｎ ｅ ｔ ｗ ｏ ｒ ｋａ ｒ ｃ ｈ ｉ ｔ ｅ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ
ａ ： 肛门， ｅ ： 眼睛， ｅ ｓ ： 食管， ｇ ｂ ： 胆囊， ｈ ： 心脏， ｉ ： 肠道， ｐ ｉ ： 主要胰岛， ｌ ： 肝脏， ｎ ： 脊索， ｓ ｂ ： 鱼鳔， ｓ ｉ ： 次要胰岛； １ ， ２ ， ３ ： 肠道的 前端至后端； Ｌ ： 左侧， Ｒ ： 右侧。 ａ ：ａ ｎ ｕ ｓ ，ｅ ：ｅ ｙ ｅ ，ｅ ｓ ：ｅ ｓ ｏ ｐ ｈ ａ ｇ ｕ ｓ ，ｇ ｂ ：ｇ ａ ｌ ｌ ｂ ｌ ａ ｄ ｄ ｅ ｒ ，ｈ ：ｈ ｅ ａ ｒ ｔ ，ｉ ：ｉ ｎ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｅ ，ｐ ｉ ：ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ａ ｌ ｉ ｓ ｌ ｅ ｔ ，ｌ ：ｌ ｉ ｖ ｅ ｒ ，ｎ ：ｎ ｏ ｔ ｏ ｃ ｈ ｏ ｒ ｄ ，ｓ ｂ ： ｓ ｗ ｉ ｍｂ ｌ ａ ｄ ｄ ｅ ｒ ，ｓ ｉ ：ｓ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ ａ ｒ ｙｉ ｓ ｌ ｅ ｔ ；１ ，２ ，３ ：ａ ｎ ｔ ｅ ｒ ｉ ｏ ｒ ｔ ｏｐ ｏ ｓ ｔ ｅ ｒ ｉ ｏ ｒ ｉ ｎ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｅ ；Ｌ ：ｌ ｅ ｆ ｔ ，Ｒ ：ｒ ｉ ｇ ｈ ｔ ． 图７ 用 ＧＦ Ｐ标记的斑马鱼胰脏的外分泌部位
［ １ ８ ］
构建了一种黄色荧光蛋白融
Ｙ Ｆ Ｐｆ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎｌ ｉ ｂ ｒ ａ ｒ ｙ ） 作为单分子感受器， 可以 合库（ 有效用于分析大肠杆菌单细胞中蛋白质和 ｍ Ｒ Ｎ Ａ 表达水平的关系。 ２ ． ５ 筛选技术 利用 Ｇ Ｆ Ｐ可显色的特点， 我们还可对需要的 物质进行筛选和纯化。比如增强型 Ｇ Ｆ Ｐ （ ｅ ｎ ｈ ａ ｎ ｃ ｅ ｄ ， ｅ Ｇ Ｆ Ｐ ） 融合蛋白可被荧光 ｇ ｒ ｅ ｅ ｎｆ ｌ ｕ ｏ ｒ ｅ ｓ ｃ ｅ ｎ ｔ ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｉ ｎ 激活细胞分选术（ Ｆ Ａ Ｃ Ｓ ） 有效地筛选， 生产出稳定 的人类糖 皮 质 激 素 受 体 配 体 结 合 域 （ ｈ ｕ ｍ ａ ｎｇ ｌ ｕ ｃ ｏ ｃ ｏ ｒ ｔ ｉ ｃ ｏ ｉ ｄｒ ｅ ｃ ｅ ｐ ｔ ｏ ｒｌ ｉ ｇ ａ ｎ ｄ ｂ ｉ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇｄ ｏ ｍ ａ ｉ ｎ ，ｈ Ｇ Ｒ
１ ６－ １ ７ ］ 的构象变化， 其潜在应用前景极为广阔 ［ 。
孢杆菌的全 价 配 合 饲 料 投 喂 仔 猪 和 小 鸡 后， 发现 ３ ６ｈ后 小 鸡 盲 肠 内 的 该 菌 的 数 量 达 到 了 （ １ ５ ５±
５ ３ ３ ）× １ ０ 个／ ｇ ， ４ ８ｈ后 仔 猪 盲 肠 内 该 菌 的 数 量 达 ５ 到了（ １ ３ ５± ３ ５ ）×１ ０ 个／ ｇ ， 说明该菌可以在肠道 ２ ３ ］ 内迅 速 复 活 并 繁 殖 成 为 益 生 菌。 Ｙ ｕ等 ［ 运用
２ ． ２ 示踪技术 一般的 荧 光 染 料 标 记 的 微 生 物， 由于其生长 快、 分裂多， 染 料 可 在 短 时 间 内 被 稀 释， 所以不能 实时准确地观察微生物侵入活体动物以及细胞的
细胞内的蛋白质运动和细胞元件间的互作进行实
３－ ４ ］ 被光激发产生荧光 ［ 。许多科学家利用荧光蛋 白的发光机理， 将水母中荧光蛋白基因提取出来，
转入其 他 生 物 体 内， 使 得 生 物 变 幻 的 多 姿 多 彩。
５ ］ ２ ０ ０ ０年， 荧光兔（ 图２ ） 在法国诞生 ［ ， 随后荧光猫 ［ ６ ］ ［ ７ ］ （ 图３ ） 、 荧光鼠（ 图４ ） 相继问世。２ ０ ０ ６年 １ ２
图１ 维多利亚多管水母 Ｆ ｉ ｇ ． １ Ａ ｅ ｑ ｕ ｏ ｒ ｅ ａｖ ｉ ｃ ｔ ｏ ｒ ｉ ａ
ａ ： 可见光下图像， ｂ ： 荧光图像。 ａ ：ｐ ｈ ｏ ｔ ｏｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｖ ｉ ｓ ｉ ｂ ｌ ｅ ｌ ｉ ｇ ｈ ｔ ，ｂ ：ｐ ｈ ｏ ｔ ｏｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｆ ｌ ｕ ｏ ｒ ｅ ｓ ｃ ｅ ｎ ｃ ｅ ． 图４ 绿色荧光鼠
摘 要： 绿色荧光蛋白（ ｇ ｒ ｅ ｅ ｎｆ ｌ ｕ ｏ ｒ ｅ ｓ ｃ ｅ ｎ ｔ ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｉ ｎ ， Ｇ Ｆ Ｐ ） 于１ ９ ６ ２年被发现， 由于它可以发出稳定 的荧光， 不具有物种专一性， 且易于在细胞内表达， 已作为标记物广泛地应用于生命科学领域。 本文对荧光蛋白的发现、 作用机理及其应用进展进行了综述。最后， 本文阐述了 Ｇ Ｆ Ｐ在动物营 养相关领域的研究和应用。 关键词： 绿色荧光蛋白； 作用机理； 研究应用 中图分类号： Ｓ ８ ５ ２ ． １ 文献标识码： Ａ 文章编号： １ ０ ０ ６ ２ ６ ７ Ｘ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ ０ ２ ６ ８ ０ ７ 荧光蛋 白 已 在 生 命 科 学 领 域 被 广 泛 利 用， 成 为了当今生物学研究者强有力的帮手。科学家们 利用这一先 进 的 工 具， 在整个生物学界掀起了生 物技术革命， 比如利用三磷酸鸟苷（ Ｇ Ｔ Ｐ ） 标记脑 组织， 可以监控脑神经细胞的生长等， 这无疑是生 物学史上 的 奇 迹。本 文 阐 述 了 荧 光 蛋 白 的 发 现、 发展及利用， 展示了荧光蛋白空前的显像技术及 其他一系列 强 大 的 功 能， 概括了在动物营养相关 领域的研究 进 展， 以期为我国的生物学以及动物 营养学研究者提供新的思路和方法。 ５ 、 ６ ６ 、 ６ ７位氨基酸（ Ｓ ｅ ｒ Ｔ ｙ ｒ Ｇ ｌ ｙ ） 形成发光 成， 第６ 团， 经共价键连接而形成对羟苯甲基咪唑烷酮， 可
１ ０ ］ １ １ ］ 白必将成为强有力的 工 具 ［ 。 Ｗａ ｎ等 ［ 发现用
２期
高权新等： 荧光蛋白的研究进展与应用
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Ｇ Ｆ Ｐ标记斑 马 鱼 的 胰 脏， 可以清楚地观察到胰脏 外分泌部位的发育（ 图７ ） 。
过程。近年 发 现， 荧光蛋白可用于示踪流行性病 毒对活体细胞的感染， 流行性病毒可被实时监控， 借助于这一 新 技 术， 我们可以更深入地研究其感
荧光蛋白的研究进展与应用
， ２ 高权新１ 王进波２ 尹 飞２ 马向明３ 施兆鸿１
（ １ ． 中国水产科学院东海水产研究所， 农业部东海与远洋渔业资源开发利用重点实验室， 上海 ２ ０ ０ ０ ９ ０ ； ２ ． 浙江大学 宁波理工学院， 分子设计与营养工程重点实验室， 宁波 ３ １ ５ １ ０ ０ ； ３ ． 中国石油大学 国家大学科技园管理委员会， 东营 ２ ５ ７ ０ ９ １ ）
收稿日期： ２ ０ １ ２－ ０ ８－ １ ４ 基金项目： 国家科技支撑项目（ ２ ０ １ １ Ｂ Ａ Ｄ １ ３ Ｂ ０ １ ） ； 国家自然科学基金（ ３ １ １ ０ １ ９ ３ ２ ） 作者简介： 高权新（ １ ９ ８ ２ —） ， 男， 山东淄博人， 助理研究员， 主要从事海水鱼类养殖研究。 Ｅ ｍ ａ ｉ ｌ ：ｇ ａ ｏ ｑ ｘ ２ ０ ０ ８ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ 施兆鸿， 研究员， 硕士生导师， Ｅ ｍ ａ ｉ ｌ ：ｓ ｈ ｉ ｚ ｈ ｈ ＠ｈ ｏ ｔ ｍ ａ ｉ ｌ ． ｃ ｏ ｍ 通讯作者：
［ １ １ ］ Ｆ ｉ ｇ ． ７ Ｅ ｘ ｏ ｃ ｒ ｉ ｎ ｅｐ ａ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ｆ ｉ ｃｅ ｘ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎｏ ｆ Ｇ Ｆ Ｐｉ ｎｚ ｅ ｂ ｒ ａ ｆ ｉ ｓ ｈ
２期
高权新等： 荧光蛋白的研究进展与应用
２ ７ １
２ ． ４ 生物光学感受器 荧光蛋 白 由 于 其 独 特 的 光 信 号 转 导 机 制， 适 于用作活细胞内的光学感受器。现在许多研究者 将具有信号转导功能的分子识别位点结合到荧光 蛋白分子 上 来 设 计 成 生 物 感 受 器。经 研 究 发 现， 利用 Ｇ Ｆ Ｐ感 受 器 可 以 检 测 多 种 分 子 （ 如 核 酸、 激 素） 的表达状况， 甚至可以检测活体细胞中蛋白质
１ ２ ］ １ ３ ］ 。Ｚ ｈ ａ ｏ等 ［ 发现用 Ｇ Ｆ Ｐ标 记 细 菌， 可 染方式 ［
以详细地对 细 菌 的 入 侵 进 行 时 空 检 测， 以确定细 菌特 异 性 的 感 染 部 位 以 及 传 染 源 的 空 间 位 移。 Ｇ Ｆ Ｐ克服了 一 般 荧 光 染 料 所 带 有 的 缺 陷， Ｇ Ｆ Ｐ必 将会进一步 地 取 代 一 般 的 荧 光 染 料， 有效地帮助 学术研究者观察分析细菌、 病毒的感染方式。
１ ５ ］ ｒ ｅ ｇ ｏ ｒ 等［ 构建了 时荧 光 显 像， 且 直 观、 准 确。 Ｇ
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动 物 营 养 学 报
２ ５卷
ｂ ｉ ｃ ｏ ｉ ｄ （ 一种成形素） 与Ｇ Ｆ Ｐ的融合蛋白， 通过直接 光漂白和间接对 ｂ ｉ ｃ ｏ ｉ ｄ 扩散常数的估测， 使研究者 能直接地观察到 ｂ ｉ ｃ ｏ ｉ ｄ 输送的实时影像， 帮助研究
［ ７ ］ Ｆ ｉ ｇ ． ４ Ｇ Ｆ Ｐｒ ａ ｔ ｓ
图２ 绿色荧光兔
［ ５ ］ Ｆ ｉ ｇ ． ２ Ｇ Ｆ Ｐｂ ｕ ｎ ｎ ｙ
图５ 绿色荧光猪
［ ８ ］ Ｆ ｉ ｇ ． ５ Ｇ Ｆ Ｐｐ ｉ ｇ ｓ
ａ ： 可见光下图像， ｂ ： 荧光图像。 ａ ：ｐ ｈ ｏ ｔ ｏｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｖ ｉ ｓ ｉ ｂ ｌ ｅ ｌ ｉ ｇ ｈ ｔ ，ｂ ：ｐ ｈ ｏ ｔ ｏｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｆ ｌ ｕ ｏ ｒ ｅ ｓ ｃ ｅ ｎ ｃ ｅ ． 图３ 放射红色荧光猫
动物营养学报 ２ ０ １ ３ ， ２ ５ （ ２ ） ： ２ ６ ８ ２ ７ ４ Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅＪ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ａ ｎ ｉ ｍ ａ ｌ Ｎ ｕ ｔ ｒ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ６ ２ ６ ７ ｘ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ２ ． ０ ０ ６
２ ． １ 显像技术 由于 荧 光 蛋 白 有 多 种 颜 色， 且 稳 定、 无 毒， 所 以荧光蛋白可使得动物体内复杂的系统结构可视
９ ］ 化。 Ｌ ｉ ｖ ｅ ｔ 等［ 用多种不同颜色的荧光蛋白对神经 系统进行了 基 因 标 记， 使得我们能够观察到大脑
的集成线路 图， 可以直观地看到神经细胞以及细 胞间的相互作用。图 ６中五彩缤纷的色彩形象地 展现了复 杂 的 神 经 网 络。另 外， 荧光蛋白还可用 于生物发育 领 域， 能够形象的观察生物体的器官 组织结构的变化， 随着发育学研究的深入， 荧光蛋
月２ ４日， 东北农业大学的刘忠华教授主持的转基
［ ８ ］ ） 。 因克隆猪课题获得成功（ 图５
２ Ｇ Ｆ Ｐ在生物领域的最新应用进展 １ 荧光蛋白的发现及其作用机理
１ ９ ６ ２年， 下村修在一种生活在北冰洋寒冰水 域的 水 母— — —维 多 利 亚 多 管 水 母 （ Ａ ｅ ｑ ｕ ｏ ｒ ｅ ａｖ ｉ ｃ ｔ ｏ ｒ ｉ ａ ， 图１ ） 体内发 现 了 绿 色 荧 光 蛋 白 （ ｇ ｒ ｅ ｅ ｎｆ ｌ ｕ ｏ ， Ｇ Ｆ Ｐ ） ， 并纯化了 Ｇ来自百度文库Ｆ Ｐ 。马丁·沙尔 ｒ ｅ ｓ ｃ ｅ ｎ ｔ ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｉ ｎ 菲发现了 Ｇ Ｆ Ｐ的价值， 并第 １次运用 Ｇ Ｆ Ｐ这个神 奇工 具 投 入 试 验 研 究。 １ ９ ９ ４年 钱 永 健 改 造 了 Ｇ Ｆ Ｐ ， 使得 Ｇ Ｆ Ｐ的荧光变强、 变色。这 ３位科学家 １－ ２ ］ 由此获得了 ２ ０ ０ ８年诺贝尔化学奖 ［ 。从此， 荧 光蛋白带来了生物技术的新革命。 从水母体内发现的 Ｇ Ｆ Ｐ是由 ２ ３ ８个氨基酸构
［ ６ ］ Ｆ ｉ ｇ ． ３ Ｒ Ｆ Ｐｃ ａ ｔ ｓ
２ ． ３ 报告基因 由 于 荧 光 蛋 白 发 光 团 的 形 成 不 具 物 种 专 一 性， 可发出荧光稳定， 且不需依赖任何辅因子或其 他基质而发 光， 所以转入宿主细胞后的荧光蛋白 基因很稳定， 对多数宿主的生理无影响， 是理想的 报告基因。荧 光 蛋 白 作 为 报 告 基 因， 可显示生物
Ｇ Ｆ Ｐ示踪技 术， 深入研究了德氏乳杆菌在鸡胃肠 道中的黏附和定植情况， 其试验结果显示， 将乳杆 菌饲喂鸡 ６ｈ后， 可以在鸡的胃、 空肠、 回肠、 盲肠 ４ ２ｈ 后， 该菌在各肠段的数量达到 中观测到该菌，
５ ． ５ 最大值（ １ ０ ） 。利用 Ｇ Ｆ Ｐ示踪技术， 可以直观地
Ｔ ａ ｎ ｉ ｇ ｕ ｃ ｈ ｉ 等
者更好 地 了 解 ｂ ｉ ｃ ｏ ｉ ｄ成 形 素 梯 度 的 稳 定 性 和 核 动态。
图６ 脑神经网络结构
［ ９ ］ Ｆ ｉ ｇ ． ６ Ｎ ｅ ｕ ｒ ｏ ｎ ａ ｌ ｎ ｅ ｔ ｗ ｏ ｒ ｋａ ｒ ｃ ｈ ｉ ｔ ｅ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ
ａ ： 肛门， ｅ ： 眼睛， ｅ ｓ ： 食管， ｇ ｂ ： 胆囊， ｈ ： 心脏， ｉ ： 肠道， ｐ ｉ ： 主要胰岛， ｌ ： 肝脏， ｎ ： 脊索， ｓ ｂ ： 鱼鳔， ｓ ｉ ： 次要胰岛； １ ， ２ ， ３ ： 肠道的 前端至后端； Ｌ ： 左侧， Ｒ ： 右侧。 ａ ：ａ ｎ ｕ ｓ ，ｅ ：ｅ ｙ ｅ ，ｅ ｓ ：ｅ ｓ ｏ ｐ ｈ ａ ｇ ｕ ｓ ，ｇ ｂ ：ｇ ａ ｌ ｌ ｂ ｌ ａ ｄ ｄ ｅ ｒ ，ｈ ：ｈ ｅ ａ ｒ ｔ ，ｉ ：ｉ ｎ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｅ ，ｐ ｉ ：ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ａ ｌ ｉ ｓ ｌ ｅ ｔ ，ｌ ：ｌ ｉ ｖ ｅ ｒ ，ｎ ：ｎ ｏ ｔ ｏ ｃ ｈ ｏ ｒ ｄ ，ｓ ｂ ： ｓ ｗ ｉ ｍｂ ｌ ａ ｄ ｄ ｅ ｒ ，ｓ ｉ ：ｓ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ ａ ｒ ｙｉ ｓ ｌ ｅ ｔ ；１ ，２ ，３ ：ａ ｎ ｔ ｅ ｒ ｉ ｏ ｒ ｔ ｏｐ ｏ ｓ ｔ ｅ ｒ ｉ ｏ ｒ ｉ ｎ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｅ ；Ｌ ：ｌ ｅ ｆ ｔ ，Ｒ ：ｒ ｉ ｇ ｈ ｔ ． 图７ 用 ＧＦ Ｐ标记的斑马鱼胰脏的外分泌部位
［ １ ８ ］
构建了一种黄色荧光蛋白融
Ｙ Ｆ Ｐｆ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎｌ ｉ ｂ ｒ ａ ｒ ｙ ） 作为单分子感受器， 可以 合库（ 有效用于分析大肠杆菌单细胞中蛋白质和 ｍ Ｒ Ｎ Ａ 表达水平的关系。 ２ ． ５ 筛选技术 利用 Ｇ Ｆ Ｐ可显色的特点， 我们还可对需要的 物质进行筛选和纯化。比如增强型 Ｇ Ｆ Ｐ （ ｅ ｎ ｈ ａ ｎ ｃ ｅ ｄ ， ｅ Ｇ Ｆ Ｐ ） 融合蛋白可被荧光 ｇ ｒ ｅ ｅ ｎｆ ｌ ｕ ｏ ｒ ｅ ｓ ｃ ｅ ｎ ｔ ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｉ ｎ 激活细胞分选术（ Ｆ Ａ Ｃ Ｓ ） 有效地筛选， 生产出稳定 的人类糖 皮 质 激 素 受 体 配 体 结 合 域 （ ｈ ｕ ｍ ａ ｎｇ ｌ ｕ ｃ ｏ ｃ ｏ ｒ ｔ ｉ ｃ ｏ ｉ ｄｒ ｅ ｃ ｅ ｐ ｔ ｏ ｒｌ ｉ ｇ ａ ｎ ｄ ｂ ｉ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇｄ ｏ ｍ ａ ｉ ｎ ，ｈ Ｇ Ｒ
１ ６－ １ ７ ］ 的构象变化， 其潜在应用前景极为广阔 ［ 。
孢杆菌的全 价 配 合 饲 料 投 喂 仔 猪 和 小 鸡 后， 发现 ３ ６ｈ后 小 鸡 盲 肠 内 的 该 菌 的 数 量 达 到 了 （ １ ５ ５±
５ ３ ３ ）× １ ０ 个／ ｇ ， ４ ８ｈ后 仔 猪 盲 肠 内 该 菌 的 数 量 达 ５ 到了（ １ ３ ５± ３ ５ ）×１ ０ 个／ ｇ ， 说明该菌可以在肠道 ２ ３ ］ 内迅 速 复 活 并 繁 殖 成 为 益 生 菌。 Ｙ ｕ等 ［ 运用