自從1962年科學(xué)家們首先在水母體內(nèi)發(fā)現(xiàn)綠色熒光蛋白（GFP）以來(lái)，這種神奇的蛋白質(zhì)技術(shù)獲得飛速地發(fā)展，成為了生物學(xué)功能研究的重要工具之一。除了水母中的綠色熒光蛋白，研究人員還從其他的動(dòng)物體內(nèi)分離獲得了多種 GFP樣的熒光蛋白。在過(guò)去的十年里各種不同光譜的熒光蛋白不斷地被發(fā)現(xiàn)，受到啟發(fā)的研究人員一直期待著開(kāi)發(fā)出一種工具能夠?qū)ι锕δ苓M(jìn)行直接的顯像研究。

    除了最常見(jiàn)的利用熒光蛋白成像觀測(cè)基因表達(dá)和蛋白質(zhì)動(dòng)態(tài)，現(xiàn)在科學(xué)家們又利用熒光蛋白生成了生物傳感器，可用于檢測(cè)離子和小分子濃度、酶活性、蛋白質(zhì)翻譯后修飾及蛋白構(gòu)象改變。此外，一些熒光蛋白所具有的獨(dú)特特性使得這些熒光蛋白在適當(dāng)?shù)拇碳は驴山?jīng)歷結(jié)構(gòu)的改變，打開(kāi)熒光這個(gè)開(kāi)光，或者熒光發(fā)射波長(zhǎng)改變，從而能夠脈沖標(biāo)記細(xì)胞或分子亞群，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)時(shí)空分析。如下介紹了熒光蛋白的各種廣泛用途及未來(lái)的有潛力的應(yīng)用領(lǐng)域。

單體熒光蛋白
目前單體熒光蛋白被廣泛應(yīng)用于確定蛋白質(zhì)定位和豐度，進(jìn)而追蹤細(xì)胞過(guò)程例如膜脂形成、細(xì)胞形狀改變和組裝和移動(dòng)。此外，還可用作單鏈的成分或作為熒光共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）的供受體以及作為單細(xì)胞的填充物。

復(fù)合熒光蛋白
某些復(fù)合熒光蛋白比同樣顏色的單體熒光蛋白要明亮得多，因而可用于報(bào)告基因表達(dá)和標(biāo)記細(xì)胞，常被優(yōu)先用于優(yōu)化信噪比。主要應(yīng)用是填充和追蹤細(xì)胞。2007年科學(xué)家們利用多個(gè)復(fù)合和單體熒光蛋白“標(biāo)記”了小鼠大腦中上百個(gè)細(xì)胞，一個(gè)個(gè)拖著長(zhǎng)長(zhǎng)神經(jīng)纖維的神經(jīng)細(xì)胞就像一個(gè)個(gè)五顏六色的風(fēng)箏，整齊排布或者彼此相交?？茖W(xué)家們將小鼠命名為“Brainbow”(彩虹)小鼠。

可逆開(kāi)關(guān)型熒光蛋白
某些熒光蛋白在光照下發(fā)光基團(tuán)的構(gòu)象會(huì)發(fā)生改變，自發(fā)逆轉(zhuǎn)導(dǎo)致熒光亮度增高或降低，在某些情況下，當(dāng)一種特殊的吸收峰形成時(shí)，新波長(zhǎng)的光可加速這種逆轉(zhuǎn)。這些蛋白常被作為探針用于基于單分子的超分辨顯微檢測(cè)中。

不可逆開(kāi)關(guān)型熒光蛋白
某些熒光蛋白在光照下可發(fā)生結(jié)構(gòu)的共價(jià)改變，從而在特異的波長(zhǎng)下發(fā)光。其主要應(yīng)用包括連接性追蹤、蛋白擴(kuò)散和超分辨顯微檢測(cè)

多成分感受器
不同于單一感受器用于檢測(cè)蛋白質(zhì)定位或豐度，復(fù)雜的報(bào)告系統(tǒng)是利用各種顏色的熒光蛋白同時(shí)標(biāo)記多種蛋白質(zhì)構(gòu)建形成。例如日本RIKEN腦研究的科學(xué)家，利用熒光泛素化為基礎(chǔ)的細(xì)胞周期指示劑和雙色熒光探針，可以進(jìn)行活體細(xì)胞周期定位分析，稱為 Fucci。此外還有一種特異的RNA標(biāo)記物能夠同時(shí)招募微弱互補(bǔ)的熒光片段與序列特異性的RNA結(jié)合蛋白相融合。這些自發(fā)互補(bǔ)的GFP片段在不同的細(xì)胞表達(dá)從而揭示細(xì)胞與細(xì)胞間的相互作用。

生色團(tuán)調(diào)控感受器
在生色團(tuán)調(diào)控感受器中，非共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)改變可影響單個(gè)熒光蛋白域的熒光性。而pH和氧化還原感受器，則是通過(guò)發(fā)光團(tuán)或熒光蛋白β-桶裝區(qū)的氨基酸進(jìn)行傳感。其他的感受器則是依靠從傳感區(qū)到融合熒光蛋白區(qū)的構(gòu)象改變進(jìn)行傳遞。在大多數(shù)情況下，熒光改變都是由于發(fā)光團(tuán)質(zhì)子效應(yīng)改變所致。例如lumenal pHluorin感受器可用于分析突觸小泡的胞吐作用。

FRET感受器
適用于各種信號(hào)和蛋白的FRET熒光蛋白感受器常被設(shè)計(jì)用于檢測(cè)信號(hào)誘導(dǎo)構(gòu)象改變，這些構(gòu)象改變可以影響熒光蛋白間的熒光共振能量轉(zhuǎn)移。例如磷酸化可以改變?nèi)诤显谀┒说臒晒獾鞍椎木嚯x或定向，從而改變熒光共振能量轉(zhuǎn)移。此外兩種蛋白還可以信號(hào)依賴的方式相互作用，從而使得融合熒光蛋白間的熒光共振能量轉(zhuǎn)移增強(qiáng)。這些設(shè)計(jì)適用于各種信號(hào)，例如用于檢測(cè)激酶活性、組蛋白甲基化以及細(xì)胞內(nèi)Ca2+和谷氨酸。