日美成功破译萤火虫的基因组

生命科学 2018年10月29日
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日本基础生物学研究所与中部大学组成的研究小组成功破译了平家萤(学名:Aquatica lateralis,图1)的基因组。另外,美国麻省理工学院(MIT)的研究小组破译了北美产萤火虫——北斗萤火虫(学名:Photinus pyralis) 的基因组。平家萤的基因组由9亿个碱基对的DNA构成,北斗萤火虫的基因组由4.7亿个碱基对的DNA构成,两个研究小组分别确定了其中约1.5万个基因。

平家萤的成虫。此次的基因组破译样本使用的Ikeya-Y90品系

图1:平家萤的成虫。此次的基因组破译样本使用的Ikeya-Y90品系。

平家萤和北斗萤火虫同属于萤科,分化时间据推算约为1.05亿年前(图2)。日美联合研究小组的目标是通过比较日美的萤火虫基因组,了解萤火虫发光的进化过程。

此次研究分析的两种萤火虫与发光叩头虫的品系关系

图2:此次研究分析的两种萤火虫与发光叩头虫的品系关系。
mya = 百万年前。箭头指示部位为发光器。

人们已经知道萤火虫的发光原理,是一种名为“荧光素酶”的酶以荧光素为基质,利用酶和ATP来发光,而通过此次的基因组分析,明确了荧光素酶基因产生及变化的过程。

此次研究发现,荧光素酶基因起源于一种不发光生物也普遍携带的脂肪酸代谢酶基因——酰基辅酶A合成酶,这种基因经过反复复制,其中一种进化成了具有发光活性的荧光素酶(图3)。

萤火虫的荧光素酶基因进化模式图

图3:萤火虫的荧光素酶基因进化模式图

平家萤和北斗萤火虫的基因组中都留有反复复制基因的痕迹。另外,荧光素酶再次发生基因复制后,一种进化成通过萤火虫成虫的发光器官发光,其他则进化成通过虫卵和蛹发光。平家萤和北斗萤火虫也都具备这个特征,因此可以解释为,这些脂肪酸代谢酶基因的高度复制和荧光素酶基因的单次复制事件,在1.05亿年前发生在了平家萤和北斗萤火虫的共同祖先身上。

近年来,从保护环境的角度出发,萤火虫也受到了关注,此次明确的萤火虫基因组信息作为其基础信息至关重要。相关成果2018年10月16日发表在了生物领域的科学期刊《eLife》上。

文 客观日本编辑部

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