绿色荧光蛋白

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1、绿色荧光蛋白绿色荧光蛋白将色彩引入生命科学研究将色彩引入生命科学研究GFPBring the Colors to the Study for Life Science2011.11.9绿色荧光蛋白的分子生物学及其应用Osamu Shimomura Martin Chalfie Roger Y.Tsien Marine Biological Laboratory,Woods Hole,MA,USA;Boston University Medical School Massachusetts,MA,USA Columbia University New York,NY,USA University

2、 of California San Diego,CA,USA;Howard Hughes Medical Institute 下村修下村修，日本人，日本人，名古屋大学理学博名古屋大学理学博士毕业后赴美，先士毕业后赴美，先后在美国普林斯顿后在美国普林斯顿大学、波士顿大学大学、波士顿大学和伍兹霍尔海洋生和伍兹霍尔海洋生物实验所工作。物实验所工作。1962年从一种水年从一种水母中发现了荧光蛋母中发现了荧光蛋白，被誉为白，被誉为生物发生物发光研究第一人。光研究第一人。钱永健钱永健，美籍华裔，美籍华裔，现为美国加州大学现为美国加州大学圣迭戈分校生物化圣迭戈分校生物化学及化学系教授、学及化学系教授、美国

3、国家科学院院美国国家科学院院士、国家医学院院士、国家医学院院士，士，2004年沃尔夫年沃尔夫医学奖得主。其主医学奖得主。其主要贡献在于利用水要贡献在于利用水母发出绿光的化学母发出绿光的化学物来追查实验室内物来追查实验室内进行的生物反应，进行的生物反应，他被认为是这方面他被认为是这方面公认的先驱公认的先驱。马丁马丁沙尔菲沙尔菲，美国，美国哥伦比亚大学生物学哥伦比亚大学生物学教授，他获奖的主要教授，他获奖的主要贡献在于向人们展示贡献在于向人们展示了绿色荧光蛋白作为了绿色荧光蛋白作为发光的遗传标签的作发光的遗传标签的作用，这一技术被广泛用，这一技术被广泛运用于生理学和医学运用于生理学和医学等领域等领

4、域。A test tube containing a sample of a cyan(greenish-blue)fluorescent protein from a sea anemone illuminated by ultra-violet light from below.水母发光蛋白发出的蓝光通过能量转移激发GFP发出绿光1.水母发光蛋白 脱辅水母发光蛋白+氧化荧光素+蓝光 绿色荧光蛋白 绿光 水母素在钙离子的刺激下发光，其能量可转移到GFP上，刺激GFP发光。这是物理化学中已知的荧光共振能量转移（FRET）在生物中的发现。钙离子蓝光发光过程n20072007年年1 1月月7 7日

5、，东北农业大学刘忠华教授主持的转基因克日，东北农业大学刘忠华教授主持的转基因克隆猪课题获得成功。中国首例绿色荧光蛋白转基因克隆猪隆猪课题获得成功。中国首例绿色荧光蛋白转基因克隆猪成功产下成功产下2 2头具有绿色荧光遗传特征的小猪。这是继美国、头具有绿色荧光遗传特征的小猪。这是继美国、韩国、日本之后第四例成功通过体细胞核移植方式生出的韩国、日本之后第四例成功通过体细胞核移植方式生出的绿色荧光蛋白转基因克隆猪。绿色荧光蛋白转基因克隆猪。A topology diagram of the folding pattern in GFP.The-sheet strands are shown in li

6、ght green,a-helices in blue,and connecting loops in yellow.The positions in the sequence that begin and end each major secondary structure element are also given.The anti-parallel strands(except for the interactions between strands 1 and 6)make a tightly formed barrel.The green fluorescent protein G

7、FP consists of 238 amino acids,linked together in a long chain.This chain folds up into the shape of a beer can.Inside the beer can structure the amino acids 65,66 and 67 form the chemical group that absorbs UV and blue light,and fluoresces green.His48Gln94Arg96 Model of the fluorophore and its envi

8、ronment superposed on the MAD-phased electron density map at 2.2 resolution.The clear definition throughout the map allowed the chain to be traced and side chains to be well placed.The density for Ser65,Tyr66 and Gly67 is quite consistent with the dehydrotyrosine-imidazolidone structure proposed for

9、 the fluorophore.Many of the side chains adjacent to the fluorophore are labeled.475nm504nmn对密码子进行优化修饰对密码子进行优化修饰 一种被修饰过的用来感应锌离子浓度的蓝色荧光蛋白：当红一种被修饰过的用来感应锌离子浓度的蓝色荧光蛋白：当红色的锌离子连接到蓝色的被修饰过的发色团上后，蛋白质会发色的锌离子连接到蓝色的被修饰过的发色团上后，蛋白质会发出亮度增强一倍的荧光从而形成容易被检测到的可见信号。出亮度增强一倍的荧光从而形成容易被检测到的可见信号。Crystal structure of a Cu-bou

10、nd green fluorescent protein Zn biosensor Crystal structure of a Zn-bound green fluorescent protein biosensor 88mM FIP-CBSM and 88 mM CaM(panels AC)88mM FIP-CBSM alone(panels DF).GFP在生物研究中的应用在生物研究中的应用 The photograph was taken 6 days post-inoculation using a DR Hand Lamp.The green fluorescent spots(a

11、gainst a background of red chlorophyll fluorescence)show the expanding foci of virus-infected cells.病毒介导的病毒介导的EGFP在烟草中的表达在烟草中的表达 RNA silencing of green fluorescent protein(GFP)(center)in leaves from Nicotiana benthamiana is suppressed by an animal(left;B2 protein of flock house virus)or a plant(righ

12、t)viral suppressor,leading to enhanced GFP expression(lighter green/yellow areas).GFP用于植物用于植物RNA沉默研究沉默研究 利用利用GFP 标记基因可以研究病毒、细菌和真菌等侵染植物标记基因可以研究病毒、细菌和真菌等侵染植物的过程和机制。的过程和机制。Bowyer 等在小麦病原菌中构建了含异柠檬酸等在小麦病原菌中构建了含异柠檬酸酶启动子的酶启动子的GFP 基因，监测到基因，监测到T.yall undae 侵染小麦时的碳代侵染小麦时的碳代谢过程。谢过程。Leff 等将等将GFP克隆到基因工程菌中克隆到基因工程菌

13、中,监测其在水环境中的监测其在水环境中的存活和去向。存活和去向。Scott 等以等以GFP 红移突变体作为标记基因红移突变体作为标记基因,有效地有效地追踪了乳酸细菌在复杂厌氧系统中的运移。追踪了乳酸细菌在复杂厌氧系统中的运移。Moller 等研究发现等研究发现GFP 标记的标记的P.putidaRI 细菌主要细菌主要聚集在生物膜的表层，而聚集在生物膜的表层，而Acinetobacter sp.C6 则附着在则附着在生物膜底层生长。生物膜底层生长。C6:red R1:blueLocalisation of the ER targeted form of GFP Roots from Arabid

14、opsis plants transformed with a construct containing the cyclin B1;1promoter,cyclinB1;1 gene fused to GFP.Cells fluorescing in green are in mitosis 1997年年7月日本大阪大学的科研人员首次培育出月日本大阪大学的科研人员首次培育出能够夜里发光的含有绿色荧光蛋白的老鼠。能够夜里发光的含有绿色荧光蛋白的老鼠。1998年，年，Eduardo Kac通过转基因技术培育出第一条通过转基因技术培育出第一条可以发出绿色荧光的狗。可以发出绿色荧光的狗。2004年年

15、7月月12日韩国科学家成功培育出身体可发出荧光日韩国科学家成功培育出身体可发出荧光的转基因鸡。的转基因鸡。韩国科学家采用基因工程技术克隆的韩国科学家采用基因工程技术克隆的“荧光猫荧光猫”2007年登上年登上世界各大媒体的头条新闻。一旦暴露在紫外光线下，这种克隆猫世界各大媒体的头条新闻。一旦暴露在紫外光线下，这种克隆猫就能发红色的荧光就能发红色的荧光。2007年年1月月7日，东北农业大学刘忠华教授主持的转基因克隆猪课日，东北农业大学刘忠华教授主持的转基因克隆猪课题获得成功。中国首例绿色荧光蛋白转基因克隆猪成功产下题获得成功。中国首例绿色荧光蛋白转基因克隆猪成功产下2头具有绿色头具有绿色荧光遗传特

16、征的小猪。荧光遗传特征的小猪。The head of a barley plant transformed with a gene for green fluorescent protein(GFP)using the gene gun.(The red head is untransformed;the green head is transformed)基因枪介导的基因枪介导的GFP在小麦中的表达在小麦中的表达GFP canola(left)with a wild-type plant(right)under UV light.发绿光的油菜发绿光的油菜 Bacterial colony using various GFP and GFP-like proteins(from Tsien lab Web site).大脑彩虹图象抽象画大脑彩虹图象抽象画 此混杂又浓密的神经此混杂又浓密的神经元位于脑干的听觉区元位于脑干的听觉区 绿色荧光蛋白为什么重要？n钱永健如是说