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RUBY报告系统

news 来源：原创 2025/7/18 18:03:12

我们常用GFP及其变体如RFP、YFP、mCherry等作为基因表达的报告蛋白——需要荧光显微镜制片观察；此外还有GUS或荧光素酶作为报告酶——需要添加底物。

RUBY报告系统则与众不同，其作用原理是：将酪氨酸转化为鲜艳的红色甜菜碱，无需使用特殊设备或化学处理，即可用肉眼清楚观察。

甜菜、火龙果中的鲜红色即为甜菜碱积累的结果。由于甜菜碱的生物合成途径较为清楚，且比较关键的是只需要三个酶促反应就能把酪氨酸转化为红色甜菜碱。

酪氨酸（Tyrosine）在苯环上羟基化，生成L-3,4-二羟基苯丙氨酸（L-DOPA），L-DOPA进一步被CYP76AD1氧化为cyclo-DOPA，或者L-DOPA进一步被DODA催化为Betalamic acid，随后cyclo-DOPA与Betalamic acid缩合成甜菜碱。最终，通过葡糖基转移酶将糖部分添加到甜菜碱中，产生鲜红色甜菜碱。

三个甜菜碱生物合成相关的基因构建到一个单一的开放阅读框中，该阅读框可以使用单一的启动子和终止子表达。每个基因之间插入编码2A肽的序列。蛋白在翻译后，2A肽进行自切割，释放出用于甜菜碱生物合成的单个酶。2A肽链接的甜菜碱生物合成基因的开放阅读框被命名为RUBY。

RUBY系统由中国科学院分子植物科学卓越创新中心的研究团队于2020年首次报道，相关成果发表在《Plant Biotechnology Journal》上：

主要贡献者：
- 王晓群（Wang Xiaoqiang）团队主导了基因筛选与载体构建。
- 陈晓亚（Chen Xiaoya）院士团队在代谢工程领域提供了关键技术支持。
- Wang et al. (2020). "A visible marker for agrobacterium-mediated transformation without antibiotic selection".
RUBY系统的开发基于以下研究背景和技术突破：
甜菜红素特性启发：
甜菜红素是甜菜中天然的水溶性色素，在植物细胞中稳定且无毒，显色鲜明，适合作为报告分子。
代谢途径重构：
研究人员发现，通过异源表达甜菜的 CYP76AD1、DODA 和 Glucosyltransferase 基因，可在非甜菜植物中重建甜菜红素合成通路。
载体优化与验证：
- 将上述3个基因串联构建至单一载体（如pCAMBIA系列），通过农杆菌介导转化模式植物（拟南芥、烟草等）。
- 观察到转化组织（如愈伤、叶片）因甜菜红素积累而显红色，且颜色强度与转化效率正相关

参考文献：

1、https://zhuanlan.zhihu.com/p/661091069RUBY报告系统 | 一种新的可直接通过肉眼观察植物组织累积红色甜菜碱的报告系统https://zhuanlan.zhihu.com/p/661091069

2、https://zhuanlan.zhihu.com/p/626062651东北农业大学李景富团队取得Ruby报告基因在番茄中应用的新进展

3、前沿丨园艺学院侯喜林团队在白菜基因编辑底盘技术方面取得重大突破

4、RUBY无创筛选系统在黄瓜遗传转化中的应用

RUBY系统的开发基于以下研究背景和技术突破：

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