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发光基因（lux gene）系统中包括结构基因luxC，D，A，B，E 和调节基因luxI和luxR 等。从不同发光细菌中分离得到的发光基因其种类和数量有所差异，例如luxF仅发现于明亮发光杆菌，但以上五个结构基因luxC，D，A，B，E 是普遍存在于已知的所有发光细菌中的。编码菌荧光素酶的基因是luxA 和luxB，在lux操纵子中，luxA 和luxB 是紧密相连的。以哈维氏弧菌（Vibrio harveyi）为例，其luxA 基因中含有1065bp，编码的α亚基是5734337个氨基酸的多肽，分子量为40kD；luxB基因中含有972bp，编码的β亚基是有2517个氨基酸的多肽，分子量为36kD。由α、β两亚基组成的荧光酶的分子量为76 kD。编码脂肪酸还原酶(多肽转移酶和还原酶）的luxC和luxD位于luxA、luxB基因的上游一侧，编码合成酶的luxE基因位于luxA，luxB基因的下游一侧。luxC 含有1431bp，编码的蛋白质含有59个氨基酸，分子量为55 kD；luxD 编码的蛋白质分子量为33 kD；luxE编码的蛋白质分子量为42 kD。在明亮发光杆菌中还发现有luxF基因，它通常位于luxB和luxE之间，其编码的蛋白质分子量为26 kD 左右，但lux F基因在弧菌属和异短杆菌属中的发光基因系统中尚未被发现。在以上所有菌株的操纵子中，这些基因的顺序都相同，均为lux CDAB(F)E。
在lux 系统中，结构基因上游有4337个调节基因，它们是lux I和luxR。它们分别属于两个不同的操纵子之中，lux I在右面的操纵子中，右面的操纵子中还含有lux CDAB(F)E基因，lux I位于lux C 的上游。lux 系统的整个结构如下：luxR，lux DAB(F)E。lux I编码的是发光细菌自诱导物（autoinducer）因子合成酶，luxR 编码的是发光系统的调节蛋白。研究表明，luxI和luxR基因的表达产物都是lux 系统完整表达并产生发光的调节物质，任何一个基因的有效突变都会改变lux系统的表达水平，甚至使发光细菌变为暗变种。