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。相關論文近日發(fā)表在國際學術期刊《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，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、比較轉錄組學及基因干擾等技術，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)了兩個關鍵的hox轉錄因子AlAbd-B和AlUnc-4，兩者通過相互作用，啟動并調控熒光素酶蛋白的表達。沉默其中任何一個轉錄因子，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中的大量表達是一個關鍵因素。另外一個關鍵因素是需要調控過氧化物酶體的跨膜轉運蛋白將細胞質中的熒光素酶蛋白轉運進過氧化物酶體，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才能正常進行。研究證實了AlAbd-B和AlUnc-4正是調控過氧化物酶體的跨膜轉運蛋白對熒光素酶蛋白進行轉運的兩個轉錄因子。

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，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。（記者侯文坤）