如何将自然界中的生物发光现象运用到报告基因中？

对于自然界中的生物发光现象，大家应该都是比较熟悉的，其广泛存在于海洋生物、微生物和陆生生物中。生物发光现象其实是在生物体内由于生命过程中由化学反应介导的将化学能转化为光能所产生的，这其中起到主要作用的是一种叫荧光素酶的物质。荧光素酶是自然界中能够产生生物荧光的酶的统称，最具代表性的是萤火虫荧光素酶和海肾荧光素酶，被广泛应用到生物学的报告基因中--一类可以编码荧光蛋白或酶，从而将看不见的底物转化为发光或彩色产物的一类基因报告系统，光信号可通过发光检测仪或CCD相机进行检测，是生物医学领域基础研究的一个重要工具，广泛应用于检测细胞的信号转导和基因表达。

原理解析

萤火虫荧光素酶和海肾荧光素酶虽然同属于荧光素酶，但是它们的来源及发光原理、发光颜色、检测波长等都不尽相同。

表1 两种荧光素酶作用原理的区别

萤火虫荧光素酶发光原理：

海肾荧光素酶发光原理：

利用荧光素酶与底物结合发生化学发光反应的特性，可以把感兴趣的基因的转录调控元件克隆在荧光素酶基因的上/下游，构建成荧光素酶报告质粒。然后转染细胞，经适当刺激或处理后裂解细胞，测定荧光素酶活性。通过荧光素酶活性的高低判断刺激前后或不同刺激对感兴趣的调控元件的影响。

图2 荧光素酶报告基因检测流程图

由于萤火虫荧光素酶和海肾荧光素酶的底物和发光颜色不同，并且易于定量，检测灵敏度高，所以在双报告基因实验中得到广泛应用。在双荧光素酶报告基因检测系统中萤火虫荧光素酶一般是作为主报告基因， 海肾荧光素酶通常作为内参报告基因，来标定检测用报告基因的测量结果，从而达到有效地减少实验误差的目的。