模式生物是了解生物过程、阐明疾病机理以及开发潜在治疗方法和疗法的重要工具。在科学研究中使用这些生物为生物学各个领域的突破性发现铺平了道路。非哺乳动物模型具有生命周期快、成本低、可与先进的遗传工具（包括 NanoLuc^® 萤光素酶等生物发光报告基因）配合使用等特点，因此尤其具有价值。

NanoLuc^® 是一种源自深海虾的小型萤光素酶（19.1 kDa），其亮度是萤火虫或海肾萤光素酶的 100 倍。它利用furimazine底物产生明亮的辉光型发光。在开发后的十年间，NanoLuc^® 工具箱不断扩大，包括 NanoBiT^® 蛋白互补检测技术、NanoBRET™能量共振转移方法以及新试剂，如 Nano-Glo^® Fluorofurimazine In Vivo Substrate (FFz)，该试剂专为体内检测 NanoLuc^® 萤光素酶、NanoLuc^® 融合蛋白或重组 NanoBiT^® 萤光素酶而设计。除了水溶性试剂提高了底物在体内的生物利用率外，NanoLuc^® 和萤火虫萤光素酶还可以一起用于双萤光素酶分子成像研究。

在此，我们重点介绍一些最新研究，这些研究展示了如何将扩展的 NanoLuc^® 工具箱应用于非哺乳动物模型，从而为基本生物过程带来新的启示，并促进我们对这些不同生物体复杂机制的了解。

研究真涡虫主要是为了加深对再生和干细胞动力学的理解。自发荧光（生物结构的自然发光）仍然是真涡虫研究的一大难题。为了解决这个问题，斯坦福大学的一项研究能够观察到 NanoLuc^® mRNA 在真涡虫细胞体外和体内发出的信号。该研究的实验条件显示，发光强度比典型的背景信号高出 3-4 个数量级。

此外，这项研究还使用了优化的flurofurimazine底物，使研究人员能够通过延时发光成像监测转染动力学和体内表达。这种方法允许动物在成像后恢复，使其成为筛选基于 DNA 的转基因方法的一种强有力的工具。这项研究的结果还显示了测试其他报告基因和转染其他生物的前景。此外，这项研究还证明了 NanoLuc^® mRNA 转染可用于研究翻译后修饰。 

果蝇是最早的非哺乳动物模型系统之一。100 多年来，研究人员一直利用果蝇来加深我们对遗传学和分子生物学的理解。今天，果蝇仍然是应用最广泛的模式生物之一。清华大学最近的一项研究是利用果蝇来研究终止密码子通读（stop codon readthrough），这是一种翻译经过一个终止密码子后继续进行，并在下一个编码框内终止密码子处终止的机制。RNA 病毒和真核蛋白质的合成都采用了这种机制。果蝇的headcase基因编码两种蛋白质，其中一种是气管发育所必需的，是通过翻译通读产生的。这项研究试图利用功能增益报告基因中的NanoLuc^® 萤光素酶来检测果蝇整个生命周期中的通读量。此外，研究人员还进行了Nano-Glo^® 凝胶内检测实验，以验证 NanoLuc^® 蛋白是经过终止密码子后的翻译产物。

最近在果蝇身上的发现还揭示了一个潜在的新靶点，即操纵昆虫类固醇激素信号的膜转运体--蜕皮激素转运蛋白（EcI）。加州大学河滨分校的一项研究利用基于 NanoLuc^® 的互补报告基因系统NanoBiT^® 技术和 HEK293-EcI 细胞，开发出一种实时监测系统和稳定的细胞系，用于检测昆虫类固醇激素进入培养细胞的情况。在这项研究中，研究人员将这两个亚基与两种介导昆虫类固醇作用的核受体融合：蜕皮激素受体（EcR）和视黄醇X 受体（RXR）。结果表明，EcR-RXR NanoBiT^® 分析法可有效研究 EcI 的昆虫类固醇输入功能。此外，NanoBiT^®蜕皮激素传感器还可用于果蝇 S2 细胞和其他昆虫物种的细胞。这些知识将有助于通过操纵昆虫类固醇激素信号来开发新型药理学工具。

虽然小鼠是癌症研究中经常使用的强大动物，但斑马鱼更适合使用高通量小分子抑制剂筛选进行研究，为通常在生化或细胞培养中进行的抑制剂筛选提供了体内替代方法。研究人员利用荧光标记的癌细胞体内跟踪和成像来研究斑马鱼的早期肿瘤生长和增殖。众所周知，研究中用作癌症生长抑制剂的某些化合物会通过放大背景自发荧光来干扰基于荧光的测量。正因为如此，捷克科学院分子遗传学研究所最近的一项研究放弃了传统的基于荧光的读数，利用 NanoLuc^® 萤光素酶开发了一种用于药物发现的临床前筛选模型。

研究人员用 EGFP 和 NanoLuc^® 标记斑马鱼黑色素瘤癌细胞系，从而建立了生物发光平台。在体外成功应用双报告基因后，研究人员将细胞移植到斑马鱼胚胎中。这项研究验证了生物发光在斑马鱼癌细胞生长模型中的应用，并开发出一种在不同时间段测量基于生物发光的体内肿瘤生长的检测方法。

秀丽隐杆线虫是一种自由生活的线虫，已成为研究生物学和神经科学的重要模式生物。在秀丽隐杆线虫中，绿色荧光蛋白（GFP）是观察细胞形态和体内基因表达的常用报告基因。GFP 在整个动物体内的使用和灵敏度都会受到自发荧光的限制。加州大学圣地亚哥分校的一项研究开发了一种优化方法，使用 NanoLuc^® 萤光素酶代替 GFP 来检测基因表达。该研究监测了秀丽隐杆线虫肠道中专性细胞内病原体的罕见转化事件以及可诱导的启动子活性。

研究人员发现，使用 NanoLuc^® 的好处是，通过读板仪检测肠道表达的 NanoLuc^® 的发光信号量是背景水平的几百万倍。相比之下，研究人员检测到的肠道表达 GFP 产生的检测信号是背景水平的六倍。此外，NanoLuc^® 不需要 ATP，在监测基因表达时不会受到 ATP 水平变化的影响。

NanoLuc^® 已成为模式生物研究领域的革命性工具，它使科学家能够无创监测生理性相互作用并进行化合物筛选。通过将 NanoLuc^® 与目标蛋白质融合，研究人员现在可以非常精确地跟踪它们的行为和相互作用。这项技术对各个科学学科都有深远的影响，对于揭示模式生物研究的新见解至关重要。