萤火虫成虫发光器发育的关键机制被揭开

萤火虫成虫腹部的发光器是如何发育而成的？华中农业大学植物科学技术学院付新华教授团队揭开了萤火虫成虫发光器发育的关键机制，为发光昆虫的发光及闪光控制研究提供了新的思路。相关论文近日发表在国际学术期刊《自然·通讯》上。

  付新华介绍，萤火虫发光是一种生物化学反应，由其腹部特有的发光器发出。萤火虫的发光器分为幼虫形态和成虫形态的发光器。其中，萤火虫幼虫具有一对位于倒数第二腹节的球形或半球形的发光器，可在黑暗中发出无规律的闪光，用以警戒天敌。而萤火虫成虫的发光器则是在蛹期独立发育，在短短5至7天的蛹期，成虫发光器从无到有，快速发育成熟并具备发光功能。

图为5至7天的蛹期中，萤火虫成虫发光器从无到有，快速发育成熟并发光。（付新华教授团队供图）

  付新华团队利用比较基因组学、比较转录组学及基因干扰等技术，对水栖萤火虫雷氏萤蛹的早、中、晚期的发光器进行了研究。研究发现了两个关键的hox转录因子AlAbd-B和AlUnc-4，两者通过相互作用，启动并调控荧光素酶蛋白的表达。沉默其中任何一个转录因子，都会造成萤火虫不能发光。

  付新华介绍，研究发现，在萤火虫成虫发光器的发育过程中，荧光素酶蛋白在细胞质中的大量表达是一个关键因素。另外一个关键因素是需要调控过氧化物酶体的跨膜转运蛋白将细胞质中的荧光素酶蛋白转运进过氧化物酶体，只有在过氧化物酶体中，萤火虫发光的这种生物化学反应才能正常进行。研究证实了AlAbd-B和AlUnc-4正是调控过氧化物酶体的跨膜转运蛋白对荧光素酶蛋白进行转运的两个转录因子。

  付新华表示，萤火虫成虫发光器的形状和闪光频率是萤火虫生物多样性的基础，弄清萤火虫成虫发光器的发育机制，有助于进一步深入了解萤火虫生物多样性的形成机制。