研究揭示珊瑚類物種發光性狀演化的遺傳機制

　　近日，南方海洋科學與工程廣東省實驗室（廣州）研究員周文良團隊與安徽大學教授張保衛團隊合作，在珊瑚類生物發光性狀演化研究方面取得重要進展。相關成果在線發表于《交叉科學》（iScience）。

　　生物發光是一種廣泛存在的適應性性狀，具有捕食、防御和吸引配偶等生態功能。前期研究表明，海洋生物發光系統依賴Ca2+敏感的熒光素結合蛋白（LBP）、熒光素酶（LUC）和綠色熒光蛋白（GFP）三大核心組分。然而，發光性狀在不同類群間的系統演化過程尚缺乏系統解析。硬軟珊瑚目（Scleralcyonacea）隸屬八方珊瑚綱，擁有眾多發光類群，廣泛分布于從淺海到數千米深海的多個海洋生態位，是研究海洋生物發光演化的理想模式類群。

　　哈氏仙人掌海鰓基因組組裝、系統發育與發光核心基因數量及轉錄組表達模式。研究團隊供圖

　　研究團隊首次組裝了哈氏仙人掌海鰓（Cavernularia habereri）的高質量染色體級別基因組，基因組大小481.91 Mb，包含14條染色體，Scaffold N50為40.23 Mb，BUSCO完整度達96.1%。在此基礎上，對16個硬軟珊瑚目物種進行系統發育重建與古海洋環境分析，發現生物發光在這些類群中呈現三次獨立起源的演化格局：海筆類群的共同祖先具有發光性狀，且起源于2.35億年前的三疊紀；深海發光物種Paragorgia papillata與Chrysogorgia sp.則約在七千萬年前（晚白堊世）獨立演化出發光能力，與古海洋環境劇變時期吻合。

　　比較基因組學和轉錄組學分析顯示，在組成發光系統的LBP、LUC和GFP三大核心基因中，僅LBP呈現出基因擴張，且與發光表型的有無顯著關聯（p = 0.0019）。然而不同發光支系的LBP基因演化模式各異：海筆類群與Chrysogorgia sp.支系中，LBP具有特有的Cluster 3基因簇，且跨多條染色體分布；而P. papillata發光支系的LBP基因在單條染色體上串聯復制，且具有顯著的正選擇信號（Ka/Ks > 1或 > 0.8）。比較發光物種和非發光物種皮膚轉錄組基因表達模式，LBP基因在發光類群中呈現顯著高表達，而LUC與GFP表達無顯著差異。上述結果表明，LBP基因家族的譜系特異性擴張及其后續可能的新功能化，是珊瑚類發光性狀演化的重要遺傳基礎。

　　該研究初步揭示了珊瑚類發光性狀的系統演化與遺傳調控機制，為理解海洋動物發光相關生存適應策略提供了新認知。

　　相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.isci.2026.116826