线性四吡咯色素在藻胆蛋白、光敏色素等色素蛋白中起着吸收光能的作用，并以此调节光合作用和光形态发生。胆绿素(Biliverdin，BV)是血红素代谢过程的中间产物，是由血红素氧化酶1(heme oxygenase1，HO1)催化血红素降解形成的线性四吡咯色素。一些能结合BV的色素蛋白，其吸收光谱和发射光谱大多靠近或位于光谱的红光区。在生物组织成像领域，红光具有穿透能力强、不易激发生物分子产生本底荧光等特点而使红色荧光蛋白在荧光探针的应用领域具有重要应用前景。　　 本课题首先克隆构建了HO1和CpeS：HO1两种蛋白并在大肠杆菌体内表达，发现这两种蛋白能结合BV而发出622 nm的红色弱荧光。根据这一特性，以HO1和CpeS：HO1蛋白作为亲本型分别进行定向进化以提高荧光探针的亮度。　　 首先以重组质粒pET-30a(+)-cpeS：ho1为模板，通过易错PCR构建突变体文库，经过初筛和复筛对文库进行筛选，得到一个有益突变体并命名为Mu-130，诱导表达后细胞颜色深绿，经测序比对发现突变体有两个碱基的突变：T388A、T813C，其中T388A导致氨基酸序列第130位酪氨酸突变成了天冬酰胺Y130N，而T813C碱基突变为同义突变。突变体和野生型蛋白表达纯化后，进行了一系列光谱学参数的测定。野生型荧光量子产率为0.015，摩尔消光系数为3938 M-1 cm-1，而突变体Mu-130荧光量子产率为0.008，摩尔消光系数为9895 M-1 cm-1。突变体和野生型相比荧光量子产率略有下降，由0.015降为0.008，然而摩尔消光系数提高了2.51倍，由于摩尔消光系数的大幅度提高从而使突变体呈现出强烈的绿色。　　 本课题还直接对HO1蛋白进行了随机突变，经过初筛和复筛后，得到一个突变体，其在氨基酸序列第20位发生了A20V突变。野生型荧光量子产率为0.065，摩尔消光系数为4506 M-1 cm-1，而突变体Mu-130荧光量子产率为0.0734，摩尔消光系数为4088 M-1 cm-1。因此突变体荧光量子产率提高了12%，而摩尔消光系数相对降低9%，无论是野生型还是突变体的摩尔消光系数都偏低，均不超过5000 M-1 cm-1，荧光量子产率的增幅超过摩尔消光系数的降幅，从而使相同表达条件下，突变体比野生型的细胞荧光提高了2.4倍。