中国有人醉心用基因组方法破译萤火虫如何发光

科学家研究了雄性雷氏萤（Aquatica leii），这是一种生活在中国稻田里的萤火虫。｜付新华

每年夏天，萤火虫都会在傍晚的天空上演出名的奇幻灯光秀，发出绿、黄、橘甚至蓝色的闪亮光辉。

目前科学界已知的萤火虫有2000多种，每种都有独特的闪光模式和形状各异的发光器官。

但你可曾好奇：它们是如何做到的呢？科学家们想必提出过疑问，而现在，他们找到了2条关键基因，它们让这一切得以实现。

“萤火虫研究领域有两颗‘皇冠上的宝石’。”华中农业大学生物学家付新华在一封邮件中写到。

其一是萤火虫幼虫如何在成年时完成发光器官的快速发育，将其转变为完全不同的物理结构。

另一个是成虫怎样实现对“灯笼”发光器的精准控制，举例来说，当附近出现迷人的配偶时，它们就会以类似摩斯密码的模式忽亮忽灭。

在上周发表于《自然-通讯》（Nature Communications）的一篇新研究中，付新华与论文共同作者朱馨蕾破译了雷氏萤（Aquatica leii）的基因组，这是一种在中国水稻田里发现的水栖萤火虫。

在研究中，他们重点关注了负责该物种发光器官的形成、激活和定位的2个关键转录因子：Alabd-B和AlUnc-4。这一结果出人意料，因为此前研究已知一些基因有助于萤火虫发育，但未曾将它们与发光现象联系起来。

付新华说，这些发现可能有助于科学家最终理解这类萤火虫如何演化出像烟火一样闪亮的能力。

他还表示，这同时也是至关重要的工作，因为萤火虫种群数量正在全球范围内急剧下降。

美国有18种萤火虫目前濒临灭绝。在人工光污染、杀虫剂使用、栖息地面积减少和其他因素的共同作用下，全球还有更多萤火虫面临威胁。

事实证明，这项新研究主要关注的萤火虫物种可以算是付新华的宝贝：他发现了这一物种，并从2000年开始对其进行研究，甚至在实验室中建立了人工繁育群落，每年可繁殖多达60万只萤火虫。

这一群落让他得以针对成蛹后24小时时间窗口——也即成虫发光器官发育窗口——加紧研究。

在近期实验中，付新华和朱馨蕾微调了这些萤火虫的基因组，观察沉默或敲除特定基因后会有什么影响。他们发现，这些萤火虫会在蛹化期间激活Alabd-B和AlUnc-4的基因表达，使发光器在成虫腹部合适位置发育。

波士顿东北大学植物-人类交叉研究所（Institute for Plant-Human Interface at Northeastern University in Boston）负责人、生物化学家翁经科称赞该研究使用了先进的基因组工具与分析方法，“令人印象深刻”。

翁经科没有参与这项研究。他说，这项研究还为理解萤火虫的共同祖先如何利用这两个基因发光奠定了基础。

不过，要扩大该进化研究还将面对许多挑战。例如，考虑到萤火虫求偶的复杂性，饲养萤火虫的难度要远远大于小鼠、果蝇或其他常见的研究动物。

此外，该研究仅局限于雷氏萤这一物种中的雄性，这意味着这一路径在种群的另一半——雌性萤火虫——当中仍然缺乏深入探索。付新华计划在后续研究中弥补这一问题。