研究揭示珊瑚类物种发光性状演化的遗传机制
研究揭示珊瑚类物种发光性状演化的遗传机制
近日，南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）研究员周文良团队与安徽大学教授张保卫团队合作，在珊瑚类生物发光性状演化研究方面取得重要进展。相关成果在线发表于《交叉科学》（ iScience ）。
生物发光是一种广泛存在的适应性性状，具有捕食、防御和吸引配偶等生态功能。前期研究表明，海洋生物发光系统依赖Ca 2+ 敏感的荧光素结合蛋白（LBP）、荧光素酶（LUC）和绿色荧光蛋白（GFP）三大核心组分。然而，发光性状在不同类群间的系统演化过程尚缺乏系统解析。硬软珊瑚目（Scleralcyonacea）隶属八方珊瑚纲，拥有众多发光类群，广泛分布于从浅海到数千米深海的多个海洋生态位，是研究海洋生物发光演化的理想模式类群。
哈氏仙人掌海鳃基因组组装、系统发育与发光核心基因数量及转录组表达模式。研究团队供图
研究团队首次组装了哈氏仙人掌海鳃（ Cavernularia habereri ）的高质量染色体级别基因组，基因组大小481.91 Mb，包含14条染色体，Scaffold N50为40.23 Mb，BUSCO完整度达96.1%。在此基础上，对16个硬软珊瑚目物种进行系统发育重建与古海洋环境分析，发现生物发光在这些类群中呈现三次独立起源的演化格局：海笔类群的共同祖先具有发光性状，且起源于2.35亿年前的三叠纪；深海发光物种 Paragorgia papillata 与 Chrysogorgia sp. 则约在七千万年前（晚白垩世）独立演化出发光能力，与古海洋环境剧变时期吻合。
比较基因组学和转录组学分析显示，在组成发光系统的 LBP 、 LUC 和 GFP 三大核心基因中，仅 LBP 呈现出基因扩张，且与发光表型的有无显著关联（ p = 0.0019）。然而不同发光支系的 LBP 基因演化模式各异：海笔类群与 Chrysogorgia sp. 支系中， LBP 具有特有的 Cluster 3 基因簇，且跨多条染色体分布；而 P. papillata 发光支系的 LBP 基因在单条染色体上串联复制，且具有显著的正选择信号（Ka/Ks > 1或 > 0.8）。比较发光物种和非发光物种皮肤转录组基因表达模式， LBP 基因在发光类群中呈现显著高表达，而 LUC 与 GFP 表达无显著差异。上述结果表明， LBP 基因家族的谱系特异性扩张及其后续可能的新功能化，是珊瑚类发光性状演化的重要遗传基础。
该研究初步揭示了珊瑚类发光性状的系统演化与遗传调控机制，为理解海洋动物发光相关生存适应策略提供了新认知。
相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.isci.2026.116826