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生物發光(Bioluminescence)是在自然界廣泛存在的、有生命的生物產生的一種發光現象.發光的生物種類很多，包括發光細菌、發光螢火蟲、發光魚、發光海星、發光甲蟲等.而能催化熒光素或脂肪醛氧化產生生物發光的一類酶即為熒光素酶(Luciferase)。從20世紀50年代就已經開始了對熒光素酶的研究。從1986年第一個成功地獲得表達螢火蟲熒光素酶基因(luc基因)的轉基因煙草以來，熒光素酶的應用和發展進入了一個嶄新的時代.應用熒光素酶大大增加了生物發光免疫分析技術(BLIA)的靈敏度和應用范圍，并且由于具有敏感性高，特異性好，反應迅速，操作簡單，應用范圍廣等優點，已成為醫學、生物學、環境科學等研究領域中一種新的手段。
自然界中具有發光能力的生物種類很多，常見的主要有：發光蘑菇(Luminousmushrooms)、發光蚯蚓(Luminousearthworms、發光細菌(Luminousbacteria)、發光水母(Luminousjellyfish)、發光甲蟲(Luminousbeetles，它們主要由螢火蟲(fireflies)，叩頭蟲(clickbeetles)和歐洲螢(glowworms)3大種類組成)。目前，除發光蘑菇和發光蚯蚓的發光機理尚不清楚外，其余生物的發光機理已研究得較為透徹，并使細菌熒光素酶(BacterialLuciferase簡稱BL)和螢火蟲熒光素酶(FireflyLuciferase簡稱FL)形成商品酶用于分析檢測。
北美螢火蟲(Photinuspyralis，日本螢火蟲(Luciolacruciata)及東歐螢火蟲(L.mingrelica)可產生FL。夏威夷弧菌(Vibrioharveyi)、費氏弧菌(V.fischeri)、明亮發光桿菌(Photobacteriumphosphoreum)及鰒發光桿菌(P.leiognathi)等海洋發光細菌和發光致病桿菌(Xenorhabdusluminescens)、羽田希瓦氏菌(Alteromonashanedai)等陸生發光細菌可產生BL。
發光細菌所含的細菌熒光素酶基因(lux)表達的直接結果是產生生物發光，反應非常迅速且易于檢測，因而被廣泛用于基因操作，作為標記基因和報告基因來研究基因的轉導、表達和調控.從20世紀80年代就開始了把熒光素酶基因當作報告基因的研究.把從哈氏弧菌中提取出來的熒光素酶基因(luxAB)插入兩個質粒載體pFIT001和pPALE001中，然后結合到大豆根瘤的固氮酶的固氮基因D(nifD)和固氮基因H(nifH)的啟動子上.通過宿主細胞是否發光確定轉導是否成功，并通過宿主細胞的發光強度的高低來確定啟動子對基因表達的影響大小。
RNA干擾(RNAi)是一種高效的、特異的阻斷體內特異基因表達的基因阻斷過程，它被雙鏈的干擾RNA所介導.這種現象可以在植物、真菌、蠕蟲、甲蟲和哺乳動物的細胞中觀察到.在研究中發現僅僅對于一個基因而設計的少量的小干擾RNA(smallingerferingRNA，siRNA)還可以降解在哺乳動物中的同類的信使RNA(mRNA).但小干擾RNA的作用原理還未被完全了解。
熒光素酶還可以用于研究蛋白質磷酸化和蛋白質之間的作用.2001年根據蛋白質的剪切和誘導互補技術開發出一種新的方法.他們研究了在已知的結合位點之間的胰島素誘導作用時，先依據蛋白質剪接原理，把DnaE內蛋白(DNA聚合酶Ⅲ的一個催化亞基)切成兩個碎片，并讓DnaE內蛋白的N-末端和C-末端分別與蟲熒光素酶的兩個碎片的N-末端和C-末端結合。然后把其中一個碎片和磷酸化的胰島素受體底物1(IRS-1)結合，另一個碎片結合磷脂酰肌醇酯3激酶(PI3K)的SH2區域.當受到刺激后，觸發了胰島素的信號轉導，IRS-1和PI3K相遇，而同樣綁定在IRS-1上的蟲熒光素酶碎片的N-末端和綁定在PI3K的蟲熒光素酶的C-末端相遇，由于蛋白質的剪接作用發生結合，重新聚合成完整的熒光素酶，反應并發出熒光.對熒光進行監測從而對胰島素受體后信號轉導途徑進行研究。
由于在活性哺乳動物細胞中，ATP水平被嚴格控制，一旦細胞死亡，ATP的合成停止，從而ATP水平急劇下降.ATP已經被廣泛作為一個細胞外信使.把蟲熒光素酶基因插入葉酸鹽受體形成一個嵌合蛋白，這個嵌合蛋白具有葉酸鹽受體的N-末端的引導序列和C-末端的糖基磷脂酰肌醇著點(GPIanchor)，被稱為質膜熒光素酶(pmeLUC).pmeLUC被定向的集中在質膜的外側面，對毫摩甚至微摩濃度的ATP都很敏感，但不對其他任何核苷酸敏感.把pmeLUC傳染進入P2X7受體，用熒光的變化測定P2X7受體激動劑ATP，進而對表達P2X7受體的白血病細胞系HL60，U937等進行研究.而且，還可以利用克隆的熒光素酶作為測定細胞內ATP濃度的探針，給ATP定量，進行細胞活性檢測，細胞毒性篩選和細胞增殖研究.
在正常條件下，發光細菌在450～490nm時發出藍綠色可見光.與被檢物(如污水等)接觸后，當被檢物中具有抑制發光細菌的物質達到一定濃度時，則發光細菌的發光強度將發生改變，其變化的程度與抑制物的毒性大小有關，并與抑制物質的濃度在一定范圍內相關。
由于熒光素酶所引導的免疫生物發光技術不僅具有靈敏度高、特異性好、應用范圍廣等優點，而且對熒光素酶所測定的活體沒有任何毒性，這為它在醫學上廣泛的應用開辟了道路。
作為FL生產原料的螢火蟲，要依靠人工捕捉或養殖，受地域和季節性限制，且該生物生產周期長、養殖成本高、提取的酶成分復雜，隨著分子生物學的發展，人們轉向用基因工程的方法進行生產。1985年，deWet，J.R.等首次克隆了P.Pyralis的FL基因，并在大腸桿菌(Escherichiacoli)中表達，從中得到具有活性的FL。1986年，他們測定了FL基因的cDNA序列。隨后，各種發光甲蟲的FL基因相繼克隆成功，并能在原核和真核表達系統中表達。
取自P.Pyralis長約1.8kb的cDNA基因在E.coli表達的產物是分子量為62kD，含550個氨基酸的多肽鏈，與自然提取得到的FL相比，具有同樣的反應動力學特性和發射波長，在相同的反應條件下酶的穩定性亦無差異。螢火蟲熒光素酶基因通過克隆在E.coli表達，轉化體在37℃、LB培養基中生長到對數后期收集菌體，用滲透壓法、凍融法提取細菌胞質組分，經均質、離心，用凝膠排阻、離子交換色譜提取純酶，冷凍干燥保存。BL可從培養發光細菌直接提取得到，其制備方法與FL類似。從V.harveyi中提取的酶活可達1.8×1011LU/mg，為獲得特殊用途的BL，亦可通過誘變或基因克隆得到。各種發光細菌的基因克隆均有許多報道。
[1] 科學技術社會辭典·生物
[2] 熒光素酶研究進展
[3] 熒光素酶的分類、結構與應用