螢火蟲成蟲發(fā)光器發(fā)育的關(guān)鍵機(jī)制被揭開

螢火蟲成蟲腹部的發(fā)光器是如何發(fā)育而成的？華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院付新華教授團(tuán)隊(duì)揭開了螢火蟲成蟲發(fā)光器發(fā)育的關(guān)鍵機(jī)制，為發(fā)光昆蟲的發(fā)光及閃光控制研究提供了新的思路。相關(guān)論文近日發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》上。

付新華介紹，螢火蟲發(fā)光是一種生物化學(xué)反應(yīng)，由其腹部特有的發(fā)光器發(fā)出。螢火蟲的發(fā)光器分為幼蟲形態(tài)和成蟲形態(tài)的發(fā)光器。其中，螢火蟲幼蟲具有一對(duì)位于倒數(shù)第二腹節(jié)的球形或半球形的發(fā)光器，可在黑暗中發(fā)出無(wú)規(guī)律的閃光，用以警戒天敵。而螢火蟲成蟲的發(fā)光器則是在蛹期獨(dú)立發(fā)育，在短短5至7天的蛹期，成蟲發(fā)光器從無(wú)到有，快速發(fā)育成熟并具備發(fā)光功能。

圖為5至7天的蛹期中，螢火蟲成蟲發(fā)光器從無(wú)到有，快速發(fā)育成熟并發(fā)光。（付新華教授團(tuán)隊(duì)供圖）

付新華團(tuán)隊(duì)利用比較基因組學(xué)、比較轉(zhuǎn)錄組學(xué)及基因干擾等技術(shù)，對(duì)水棲螢火蟲雷氏螢蛹的早、中、晚期的發(fā)光器進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)關(guān)鍵的hox轉(zhuǎn)錄因子AlAbd-B和AlUnc-4，兩者通過(guò)相互作用，啟動(dòng)并調(diào)控?zé)晒馑孛傅鞍椎谋磉_(dá)。沉默其中任何一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子，都會(huì)造成螢火蟲不能發(fā)光。

付新華介紹，研究發(fā)現(xiàn)，在螢火蟲成蟲發(fā)光器的發(fā)育過(guò)程中，熒光素酶蛋白在細(xì)胞質(zhì)中的大量表達(dá)是一個(gè)關(guān)鍵因素。另外一個(gè)關(guān)鍵因素是需要調(diào)控過(guò)氧化物酶體的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白將細(xì)胞質(zhì)中的熒光素酶蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)過(guò)氧化物酶體，只有在過(guò)氧化物酶體中，螢火蟲發(fā)光的這種生物化學(xué)反應(yīng)才能正常進(jìn)行。研究證實(shí)了AlAbd-B和AlUnc-4正是調(diào)控過(guò)氧化物酶體的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白對(duì)熒光素酶蛋白進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)的兩個(gè)轉(zhuǎn)錄因子。

付新華表示，螢火蟲成蟲發(fā)光器的形狀和閃光頻率是螢火蟲生物多樣性的基礎(chǔ)，弄清螢火蟲成蟲發(fā)光器的發(fā)育機(jī)制，有助于進(jìn)一步深入了解螢火蟲生物多樣性的形成機(jī)制。