螢火蟲成蟲發(fā)光器發(fā)育的關(guān)鍵機制被揭開
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)大學植物科學技術(shù)學院付新華教授團隊揭開了螢火蟲成蟲發(fā)光器發(fā)育的關(guān)鍵機制，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)表在國際學術(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)光器則是在蛹期獨立發(fā)育，在短短5至7天的蛹期，成蟲發(fā)光器從無到有，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)光器從無到有，快速發(fā)育成熟并發(fā)光。（付新華教授團隊供圖）
付新華團隊利用比較基因組學、比較轉(zhuǎn)錄組學及基因干擾等技術(shù)，對水棲螢火蟲雷氏螢蛹的早、中、晚期的發(fā)光器進行了研究。研究發(fā)現(xiàn)了兩個關(guān)鍵的hox轉(zhuǎn)錄因子AlAbd-B和AlUnc-4，兩者通過相互作用，啟動并調(diào)控熒光素酶蛋白的表達。沉默其中任何一個轉(zhuǎn)錄因子，都會造成螢火蟲不能發(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)育過程中，熒光素酶蛋白在細胞質(zhì)中的大量表達是一個關(guān)鍵因素。另外一個關(guān)鍵因素是需要調(diào)控過氧化物酶體的跨膜轉(zhuǎn)運蛋白將細胞質(zhì)中的熒光素酶蛋白轉(zhuǎn)運進過氧化物酶體，只有在過氧化物酶體中，螢火蟲發(fā)光的這種生物化學反應(yīng)才能正常進行。研究證實了AlAbd-B和AlUnc-4正是調(diào)控過氧化物酶體的跨膜轉(zhuǎn)運蛋白對熒光素酶蛋白進行轉(zhuǎn)運的兩個轉(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)育機制，有助于進一步深入了解螢火蟲生物多樣性的形成機制。
