我們常用GFP及其變體如RFP、YFP、mCherry等作為基因表達的報告蛋白——需要熒光顯微鏡制片觀察；此外還有GUS或熒光素酶作為報告酶——需要添加底物。

RUBY報告系統則與眾不同，其作用原理是：將酪氨酸轉化為鮮艷的紅色甜菜堿，無需使用特殊設備或化學處理，即可用肉眼清楚觀察。

甜菜、火龍果中的鮮紅色即為甜菜堿積累的結果。由于甜菜堿的生物合成途徑較為清楚，且比較關鍵的是只需要三個酶促反應就能把酪氨酸轉化為紅色甜菜堿。

酪氨酸（Tyrosine）在苯環上羥基化，生成L-3,4-二羥基苯丙氨酸（L-DOPA），L-DOPA進一步被CYP76AD1氧化為cyclo-DOPA，或者L-DOPA進一步被DODA催化為Betalamic acid，隨后cyclo-DOPA與Betalamic acid縮合成甜菜堿。最終，通過葡糖基轉移酶將糖部分添加到甜菜堿中，產生鮮紅色甜菜堿。

三個甜菜堿生物合成相關的基因構建到一個單一的開放閱讀框中，該閱讀框可以使用單一的啟動子和終止子表達。每個基因之間插入編碼2A肽的序列。蛋白在翻譯后，2A肽進行自切割，釋放出用于甜菜堿生物合成的單個酶。2A肽鏈接的甜菜堿生物合成基因的開放閱讀框被命名為RUBY。

RUBY系統由中國科學院分子植物科學卓越創新中心的研究團隊于2020年首次報道，相關成果發表在《Plant Biotechnology Journal》上：

• 主要貢獻者：
  • 王曉群（Wang Xiaoqiang）團隊主導了基因篩選與載體構建。
  • 陳曉亞（Chen Xiaoya）院士團隊在代謝工程領域提供了關鍵技術支持。
  • Wang et al. (2020). "A visible marker for agrobacterium-mediated transformation without antibiotic selection".?

• RUBY系統的開發基于以下研究背景和技術突破：

• 甜菜紅素特性啟發：
  甜菜紅素是甜菜中天然的水溶性色素，在植物細胞中穩定且無毒，顯色鮮明，適合作為報告分子。
• 代謝途徑重構：
  研究人員發現，通過異源表達甜菜的?CYP76AD1、DODA?和?Glucosyltransferase?基因，可在非甜菜植物中重建甜菜紅素合成通路。
• 載體優化與驗證：
  • 將上述3個基因串聯構建至單一載體（如pCAMBIA系列），通過農桿菌介導轉化模式植物（擬南芥、煙草等）。
  • 觀察到轉化組織（如愈傷、葉片）因甜菜紅素積累而顯紅色，且顏色強度與轉化效率正相關

參考文獻：

1、https://zhuanlan.zhihu.com/p/661091069RUBY報告系統 | 一種新的可直接通過肉眼觀察植物組織累積紅色甜菜堿的報告系統https://zhuanlan.zhihu.com/p/661091069

2、https://zhuanlan.zhihu.com/p/626062651東北農業大學李景富團隊取得Ruby報告基因在番茄中應用的新進展

3、前沿丨園藝學院侯喜林團隊在白菜基因編輯底盤技術方面取得重大突破

4、RUBY無創篩選系統在黃瓜遺傳轉化中的應用