海洋充满了引人注目的视觉效果，从荧光水母，生物发光浮游植物，五颜六色的珊瑚，举几个例子。这些景象背后是大量的生物分子，比如色素蛋白，金宝搏app下载,发光的蛋白质．在荧光蛋白和金宝搏app下载发光蛋白被广泛应用于生物学研究的同时，色蛋白的研究才刚刚开始。
什么是色素蛋白，它和荧光蛋白有什么不同?金宝搏app下载
在讨论色素蛋白和荧光蛋白之间的区别之前，需要注意的是，尽管它们的名称不同，但色素蛋白实际上是荧光蛋白家族的一个子集。金宝搏app下载让它们与众不同的是它们产生颜色的方式:它们强烈地吸收可见光，在环境光中赋予颜色。相反，广泛使用绿色荧光蛋白当暴露在紫外线下的蓝色时，会发出明亮的绿色荧光，而染色体蛋白完全不发出荧光或荧光水平很低。
在自然界中色素蛋白
相比荧光蛋白的历史金宝搏app下载在分子生物学研究中，染色体蛋白的历史较短。1987年，科学家们描述了一种不寻常的现象来自水母的蓝色蛋白质Cassiopea xamachana(Blanquet和Phelan, 1987)。8年后，科学家们分离出粉色、紫色和蓝色从造礁珊瑚中分离出的色素蛋白(Dove et al.， 1995)。在21世纪初，有几个从海葵中鉴定了色素蛋白(Chan et al.， 2006)。
为什么这些生物有染色体蛋白?原因之一可能是色素蛋白保护珊瑚免受太阳照射通过反射可见光和红外光来耗散低光合活性波长的多余能量。这仍然允许光合活性波长到达虫黄藻，珊瑚的共生甲藻进行光合作用(Salih et al.， 2000)。色蛋白还增强了珊瑚在高温胁迫下对大规模白化(即共生藻类的丧失)的抵抗力。对于其他生物，比如海葵，科学家认为色素蛋白可以用来模仿和伪装。海葵的红色触须类似蠕虫，可以吸引鱼类捕食(图一)。
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| 图1:海葵的红色可以用来拟态。图片:伯纳德Spragg． |
利用染色体蛋白进行分子生物学的优点
因为色素蛋白吸收可见光，并在环境光下发光，所以科学家可以不用仪器进行检测。不像荧光或发光需要紫外灯、荧光计或发光计，色蛋白检测可以用肉眼完成。
这使克隆变得相当容易，因为你可以看到你的克隆实验仅仅通过观察培养皿上的细胞就能工作。例如，如果你的质粒含有编码蓝色色素蛋白的基因，在转换它们进入你的细胞，你可以简单地寻找蓝色菌落来确定哪些细胞已经获得了质粒。当然，其他的跟进方法如测序是更明确的，但在使用更费时和昂贵的方法之前，视觉识别是一个很好的开始。
而诸如蓝白色的筛选需要X-gal，一种昂贵的外源性底物，色蛋白不需要其他底物进行筛选。因此，在成本和资源有限的情况下，或在生物艺术和教学应用中，染色体蛋白可以作为标记物。
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细菌合成生物学的真核色蛋白
由于实验室中常用的色蛋白来自真核生物，它们很难直接用于细菌，而细菌是大多数基因操作的起点。安东尼。福斯特的实验室使用密码子优化把14个染色体蛋白序列改造成E．杆菌BioBrick质粒(meffRed, eforRed, asPink, spisPink, scOrange, fwYellow, amilGFP, amajLime, cjBlue, meffBlue, aeBlue, amilCP, tsPurple，和gfasPurple)(图2)。
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| 图2:细菌在琼脂平板上的色蛋白表达。图片:Liljeruhm等人，2018年． |
对于每个颜色蛋白，实验室确定了颜色强度、成熟时间和表达的适合度成本。他们发现，在染色体蛋白之间，细胞的适合度成本差异很大。在某些情况下，含有高拷贝质粒的染色体蛋白的细胞在液体培养中一夜之间失去颜色，尽管从染色体中表达染色体蛋白可以解决这个问题。目前还没有一种“理想的”色蛋白质粒能够结合最理想的特征:颜色强烈、成熟快、适应成本低。然而，许多荧光蛋白也面临着类金宝搏app下载似的限制，许多实验室已经在为特定的目的使用这些色蛋白。
等位基因交换的染色体蛋白
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| 图3:表达amilCP和tsPurple基因的pTOX质粒。图片:Lazarus等人，2019年． |
一个这样的实验室是沃德实验室谁使用amilCP和tsPurple染色体蛋白建立负选择标记用于等位基因交换．这些载体包含一个毒素基因(由鼠李糖诱导启动子调控)和一个染色蛋白基因。等位基因交换通过两个序列的同源重组事件发生:
- 携带所需基因修饰的质粒整合到基因组中(图3)。在这里，色蛋白被表达并使细胞呈现品红(amilCP)或紫色(tsPurple)颜色。虽然毒素被整合在基因组中，但由于在鼠李糖诱导启动子的控制下，它不被表达。
- 分解步骤导致所需的突变和载体骨干的切除。为了做到这一点，添加鼠李糖可以诱导毒素的表达。在这一点之后生长的细胞都是切除了载体骨架的细胞。
载体pTOX4、pTOX5和pTOX6分别表达YhaV、MqsR和Tse2毒素，并编码amilCP染色蛋白。载体pTOX7、pTOX8和pTOX9分别表达YhaV、MqsR和Tse2毒素，并编码tsPurple色素蛋白。
ShadowR是一种新型的flimt - fret受体
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| 图4:ShadowR被用作mRuby2或mScarlet的FRET受体。图片:Murakoshi et al.， 2019． |
ShadowR是一种橙色的光吸收色素蛋白Hideji Murakoshi的实验室发展为…的受体基于荧光寿命成像显微镜的Förster共振能量转移(flime - fret)在活细胞中(图4)。他们用亲水氨基酸修饰色蛋白群青的表面，以减少与胞质蛋白的非特异性相互作用，从而创建了ShadowR。这一步很重要，因为与蛋白质的非特异性结合会抑制它们的活性。ShadowR可以作为FRET受体结合mRuby2或mScarlet作为海拉细胞的供体
既然你已经了解了什么是染色体蛋白以及它们的用途，为什么不给你的研究添加一些色彩呢?如果你有最喜欢的颜色蛋白，或者因为它在你的实验中非常有效，或者你喜欢它在琼脂艺术中的样子，请告诉我们!
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参考文献
来自红树林海蜇Cassiopea xamachana的一种不寻常的蓝色中胶膜蛋白。海洋生物学报94:423-430。https://doi.org/10.1007/bf00428249
Chan MCY, Karasawa S, Mizuno H, Bosanac I, Ho D, Privé GG, miyaaki A, Ikura M(2006)来自海葵ecnidopus Japonicus的蓝色染色蛋白及其黄色突变体的结构特征。生物化学学报281:37813-37819。https://doi.org/10.1074/jbc.m606921200
Dove SG, Takabayashi M, Hoegh-Guldberg O (1995) poilloporid和Acroporid珊瑚粉红色和蓝色色素的分离和部分特性。生物学报189:288-297。https://doi.org/10.2307/1542146
Lazarus, J. E.， Warr, A. R.， Kuehl, C. J.， Giorgio, R. T.， Davis, B. M.， & Waldor, M. K.(2019)。一套新的用于变形菌基因组无疤痕修饰的等位基因交换载体。环境科学与技术，35(6):527 - 534。https://doi.org/10.1128/aem.00990-19
lijeruhm, J.， Funk, S. K.， Tietscher, S.， Edlund, A. D.， Jamal, S.， Wistrand-Yuen, P.，…Forster, A. C.(2018)。为细菌合成生物学设计真核色蛋白调色板。生物工程学报，12(1)。https://doi.org/10.1186/s13036-018-0100-0
Murakoshi, H.， Horiuchi, H.， Kosugi, T.， Onda, M.， Sato, A.， Koga, N.， & Nabekura, J.(2019)。ShadowR:一种新型色素蛋白，非特异性结合减少，在活细胞中表达改善。科学报告,9(1)。https://doi.org/10.1038/s41598-019-48604-4
Salih A, Larkum A, Cox G, Kühl M, Hoegh-Guldberg O(2000)珊瑚中的荧光色素具有光保护作用。自然408:850 - 853。https://doi.org/10.1038/35048564
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