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“囊螢映雪”“羅扇撲螢”，是中國傳統(tǒng)文化中流傳千古的典故，古往今來，如精靈一般照亮夜空的螢火蟲，承載著人們對(duì)田園生活詩意棲居的美好記憶。但螢火蟲為何能發(fā)光？又是如何控制發(fā)光的？這兩個(gè)問題，一直是科學(xué)界的未解之謎。

△繁星和螢火蟲交相輝映。（付新華教授團(tuán)隊(duì)供圖）

不久前，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)教授付新華研究團(tuán)隊(duì)在施普林格·自然旗下學(xué)術(shù)期刊《自然-通訊》發(fā)表一篇遺傳學(xué)研究論文，該研究揭開了螢火蟲發(fā)光的奧秘。

△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(tuán)隊(duì)供圖）

螢火蟲的發(fā)光是一種生物化學(xué)反應(yīng)，是由熒光素酶、熒光素、氧氣、鎂離子、腺嘌呤核苷三磷酸等經(jīng)過高效生化反應(yīng)而產(chǎn)生的冷光?！拔灮鹣x成蟲發(fā)光器的發(fā)育機(jī)制和閃光控制機(jī)制是螢火蟲研究中兩個(gè)最基本的問題，也是最難的問題。”付新華介紹，一直以來，科學(xué)家對(duì)螢火蟲的研究方向都圍繞著熒光素酶和熒光素展開。

△沉默關(guān)鍵的轉(zhuǎn)錄因子AlAbd-B或AlUnc-4，都會(huì)導(dǎo)致螢火蟲不能發(fā)光。（付新華教授團(tuán)隊(duì)供圖）

2018年，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)我國獨(dú)有的一種水棲螢火蟲的早、中、晚期發(fā)光器進(jìn)行了研究之后，鎖定了“Homeobox轉(zhuǎn)錄因子”。這是一類發(fā)育調(diào)控基因，掌管著動(dòng)物形體的發(fā)育，包含近百個(gè)基因，其中有兩個(gè)關(guān)鍵的轉(zhuǎn)錄因子“AlAbd-B”和“AlUnc-4”。二者通過互作啟動(dòng)并調(diào)控?zé)晒馑孛?、也就是發(fā)光蛋白的表達(dá)。其中任何一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子喪失功能，都會(huì)導(dǎo)致螢火蟲不發(fā)光。

△一只雄性雷氏螢正在飛行中發(fā)光，尋找配偶。（付新華教授團(tuán)隊(duì)供圖）

研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)，從細(xì)胞層面上看，螢火蟲發(fā)光靠的是“熒光素酶”在“過氧化物酶體”這個(gè)細(xì)胞器中發(fā)揮作用。而熒光素酶往往在細(xì)胞質(zhì)中大量表達(dá)，要讓熒光素酶進(jìn)入過氧化物酶體，則離不開過氧化物酶體的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。而AlAbd-B和AlUnc-4正是調(diào)控過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。

△螢火蟲組成的“銀河”在草地上方流動(dòng)。（付新華教授團(tuán)隊(duì)供圖）

付新華表示，每一種螢火蟲發(fā)光器的形狀、頻率都有所不同，具有種特異性，這也是螢火蟲生物多樣性的體現(xiàn)。因此，弄清螢火蟲成蟲的發(fā)光機(jī)制，對(duì)保護(hù)螢火蟲生物多樣性具有重要意義。