近日，广州海洋实验室海洋生物演化与保护生物学研究团队在珊瑚类生物发光性状研究方面取得进展，相关成果以“Lineage-specific expansion of luciferin-binding protein genes associated with the evolution of bioluminescence in Scleralcyonacea”为题，发表在国际学术期刊iScience上。广州海洋实验室与安徽大学联合培养硕士张陈兰、广州海洋实验室科研骨干魏世超为共同第一作者；广州海洋实验室杨露露、付夏楠、郭伟健、丁仲文与王心源参与了本研究工作；广州海洋实验室周文良研究员与安徽大学张保卫教授为共同通讯作者。

生物发光是一种广泛存在的适应性性状，发挥捕食、御敌和吸引配偶等生态功能。前期研究表明，海洋生物发光机制依赖于Ca²⁺敏感的荧光素结合蛋白（LBP）、荧光素酶（LUC）及绿色荧光蛋白（GFP）构成的独特发光系统。然而，关于海洋生物发光性状如何在不同物种类群中系统演化，目前仍缺乏详细研究。硬软珊瑚目（Scleralcyonacea）隶属于八方珊瑚纲（Octocorallia），拥有众多的发光类群，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机制的理想模式类群。

研究团队首次组装了哈氏仙人掌海鳃（Cavernularia habereri）高质量染色体级别基因组，基因组大小为481.91 Mb，共包含14条染色体，Scaffold N50达40.23 Mb，BUSCO完整度为96.1%。在此基础上，对16个硬软珊瑚目物种进行系统发育关系与古海洋环境重建分析，发现生物发光在这些类群中呈现出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.约在七千万年前独立演化出发光能力，这一时期与晚白垩世古海洋环境剧变对应。

比较基因组学与转录组学分析显示，在构成发光系统的LBP、LUC和GFP三大核心基因中，仅LBP呈现出基因扩张，且与生物发光表型有无呈现显著正相关（p = 0.0019）。然而不同发光支系的LBP基因呈现不同的演化模式：在海笔类群与Chrysogorgia sp.支系中，LBP基因具有特有的Cluster 3基因簇，并跨多条染色体分布；而在P. papillata发光支系中，LBP基因在单个染色体串联复制，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表明，LBP基因在发光物种中呈现出显著的高表达，而LUC与GFP无显著表达差异。这些结果表明，LBP基因家族的谱系特异性扩张及其后续可能发生的新功能化，是珊瑚类生物发光性状演化的重要遗传基础。

本研究初步揭示了珊瑚类生物发光性状的系统演化与遗传调控机制，为理解海洋动物与生物发光性状相关的生存适应策略演化提供了新认知。研究得到了国家中华人民共和国科学技术部、广东省科技厅、广东省林业局及广州海洋实验室等项目的联合资助。

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图：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