蓝藻是光合作用的微生物，藻胆体是其最主要的捕光器，而藻胆蛋白是捕光复合物的功能组份。研究藻胆蛋白的生物合成具有重要的意义，有助于理解蓝藻光合作用的结构基础与生化机理，从而完成藻胆体的组装，也为体外合成这种色素蛋白提供了必要的条件。本论文通过在蓝藻体外的大肠杆菌体内重组实验证实，在Synechococcussp.strainWH8102中，CpeY/Z或则CpeY能催化PEsI型的CpeA结合PEB，但不能催化PEsII型的MpeA结合PEB或PUB。进一步实验发现，其它的可能裂合酶MpeU、MpeY等对MpeA结合PEB或PUB也没有催化功能。尽管藻红蛋白结合PUB的生物合成过程尚未弄清，但是在Synechococcussp.strainWH8102中，结合PUB的藻蓝蛋白亚基α-RPC的生物合成过程取得了进展。本论文首先证实，PecE/F能催化PecA结合PEB，并异构成PUB，生成色素蛋白PUB-PecA。这是首次在体外合成PUB这种在海洋藻中含量丰富的藻胆色素。进一步实验表明，来自Synechococcussp.strainWH8102中的RpcG能催化RpcA结合PEB或PCB，同时异构成PUB或PVB：生成的色素蛋白PUB-RpcA与从天然的Synechococcussp.strainWH8102中提取的α-RPC光谱特征完全一致；PVB-RpcA与天然的α-PEC类似，具有可逆光致变色的效应。与PecE/F功能一样，RpcG也能催化PecA结合PEB或PCB，并异构成PUB或PVB。当RpcG参与到色素蛋白PEB-CpcB、PEB-PecB和PEB-CpeB的合成过程中来时，并没有发现异构作用的产生，这说明裂合异构酶RpcG不能单独的行使异构酶功能，它需要与脱辅基蛋白相互协调。像PVB-RpcA这种色素蛋白在蓝藻体内并不存在，但却在体外能够利用不同色素底物、裂合酶、与脱辅基蛋白的交错而合成，这在应用上有很大的价值。利用这种方式产生的色素荧光蛋白都有较高的荧光量子产率，它们是优良的荧光标记材料。藻胆色素蛋白的合成至少需要四个编码基因才能在生物体内实现。为了简化这种合成途径，本论文把色素合成酶编码基因（ho1和pcyA或pebS）与裂合酶编码基因（rpcG、cpcS或cpcT）融合成一个基因编码框，然后和脱辅基蛋白编码基因（pecA或cpcB）在大肠杆菌体内共表达，产生了色素蛋白PVB-PecA、PUB-PecA、PCB-CpcB(C-84)、PCB-CpcB(C-155)、PEB-CpcB(C-84)和PEB-CpcB(C-155)。其光谱特征与简化前基本一致。通过荧光显微镜的观察，可以看到不同颜色、明亮的荧光细胞。藻胆色素蛋白的优点是具有较高的荧光量子产率，但也有非常明显的缺陷，即它的合成不仅需要色素合成酶、还需要裂合酶的参与。最近，蓝细菌光敏色素的研究已经有了一些进展，它的GAF结构域能够自催化的结合各种色素，包括PΦB、BV、PCB、甚至PVB，这比藻胆蛋白作为可基因编码的荧光探针具有更大的优点。本论文把实验室已有的来自于Synechocystissp.PCC6803中的基因slr1393的一个GAF结构域编码基因gaf3与色素合成酶基因进行大肠杆菌体内共表达，产生了色素蛋白PCB-GAF3和PΦB-GAF3。光谱分析表明，它们是红色、远红色荧光蛋白，最大荧光值到达670nm和690nm，并且具有独特的红绿光转换的可逆光致变色效应。尽管GAF自催化结合色素，但是仍然需要色素合成酶基因共表达，而GFP作为荧光蛋白，不需要其他的辅助因子。因此，本论文采用首尾相连、逐步融合基因的方法解决了这个问题。ho1和pcyA先融合成一个基因编码框ho1:pcyA，然后gaf3插入融合基因ho1:pcyA的5’末端。构建的融合基因gaf3:ho1:pcyA插入表达载体后可直接诱导表达，产生的色素蛋白PCB-GAF3:HO1:PcyA与PCB-GAF3具有相同的光谱特征，包括独特的可逆光致变色效应。这些结果通过光谱分析、荧光显微镜技术、PVA复合膜实验得以证实。当用藻胆蛋白编码基因apcA代替gaf3时，也能产生荧光色素蛋白PCB-ApcA:HO1:PcyA，这说明融合基因的方法具有普遍的意义。色素荧光蛋白优异的光谱性质是GFP家族荧光蛋白的很好补充，尤其是它具有的红色荧光和可逆光控开关效应将为组织深度成像、超分辨显微技术、甚至三维数据存储技术提供便利。