X-Gal

X-Gal是β-半乳糖苷酶（β-galactosidase）的显色底物，β-半乳糖苷酶可将X-Gal水解为无色半乳糖和4-氯-3-溴靛蓝，形成强烈的蓝色沉淀。X-Gal用IPTG诱导lacZ基因（编码β-半乳糖苷酶）会导致X-Gal水解并形成蓝色菌落。X-Gal和IPTG（货号C4175）常在一起用于蓝白色菌落筛选，用于在克隆实验中使用包含lacZ或lacZ α-肽基因的载体区分重组子与非重组子。基因克隆中常用的质粒载体pUC 19及噬菌体载体M13系列均带有LacZ基因。

许多质粒载体（例如，pUC系列，Bluescript，pGem，及其它们的衍生载体）携带一个大肠杆菌DNA的短区段，其中含有β-半乳糖苷酶的α-肽基因（lacZ’）的调节序列和前146个氨基酸（N端）的编码信息。这种类型的载体适用于表达β-半乳糖苷酶C端部分序列的宿主细胞。尽管β-半乳糖苷酶的宿主编码片段或质粒编码片段本身都不具有活性，但它们可以缔合形成具有酶活性的蛋白[1]。α-互补是指lacZ基因的近操纵基因区段的缺失突变体与具有完整的近操纵基因区段的β-半乳糖苷酶阴性突变体之间实现互补。噬菌体载体的基因间隔区插入E.coli的一段调节基因及lac Z的N端146个氨基酸残基编码基因，其编码产物为 β－半乳糖苷酶的α片段。突变型lac - E.coli 可表达该酶的ω片段（酶的C-端）。单独存在的α及ω片段均无β半乳糖苷酶活性，只有宿主细胞与克隆载体同时共表达两片段时，宿主细胞内才有β半乳糖苷酶活性。由α互补产生的lac +细菌易于识别，因为它们在显色底物X-Gal的存在下会形成蓝色菌落。然而，将外源DNA片段插入质粒的多克隆位点后，几乎总是导致产生不再能够进行α-互补的氨基末端片段，导致携带重组质粒的细菌形成白色菌落。

References:

[1] Green MR, Sambrook J. Screening Bacterial Colonies Using X-Gal and IPTG: α-Complementation. Cold Spring Harb Protoc. 2019;2019(12):pdb.prot101329. Published 2019 Dec 2.