在窃蛋白生物发光鱼 Parapriacanthus ransonneti 基因组中未发现荧光素酶基因

偷来光亮的鱼

当我们想到会发光的动物时，通常想象的是依靠特殊基因自行产生光的生物。这项研究颠覆了这一观念。小型珊瑚礁鱼 Parapriacanthus ransonneti 在黑暗中发光，但它似乎并不携带制造光所需的基因配方，而是从其食用的小型甲壳动物体内借用已制成的蛋白质。读这项研究，非专业读者可以一窥生命的可塑性——以及进化有时会选择“使用它，而不是制造它”这种奏效策略。

从微小猎物借来的光

已有研究表明，这种鱼所用的产光蛋白（称为荧光素酶）与一种生物发光的微小浮游甲壳动物——卤虫目小甲壳动物（ostracod）使用的荧光素酶相同。早期工作显示，鱼体内的荧光素酶蛋白与该甲壳动物的版本完全匹配，并且如果将鱼长期饲养而不给予发光猎物，鱼会失去发光能力。给它们喂食另一种会发光的卤虫目小甲壳动物会将其光器官中的蛋白替换为新的蛋白质。这些线索提示鱼并非自身合成荧光素酶，而是从食物中储存它——作者称之为“窃蛋白主义”，字面意思为蛋白质盗取。不过，也有可能隐藏的荧光素酶基因存在于鱼的基因组中，只是之前的方法未能发现。

解读鱼类的遗传蓝图

为了解决这一问题，研究人员为 Parapriacanthus ransonneti 构建了一份高质量的遗传蓝图，即基因组。他们小心翼翼地用不发光的食物饲养鱼类一年多，以避免来自猎物 DNA 的污染，然后使用最先进的长读长测序技术提取并测序鱼本身的 DNA。组装后的基因组约为 6.25 亿个“字母”长，符合独立的大小估计，并且缺口极少。随后他们预测了数万条基因，并使用标准基准评估整体质量，确认几乎所有预期的鱼类基因均存在。换言之，这是一个扎实且几乎完整的图谱，若荧光素酶基因存在，应该能在上面被发现。

寻找缺失的基因

有了这份基因组，团队展开了有针对性的“寻宝”。他们将几种发光卤虫目小甲壳动物已知的荧光素酶序列与鱼的预测蛋白、组装的染色体甚至原始未组装的 DNA 读段进行比对。为避免盲点，使用了多种具有不同优势的搜索工具。一次又一次，均未出现真正的荧光素酶匹配。少数鱼类基因显示出远缘相似性，但进一步检查显示这些属于一类常见的免疫相关蛋白，而非产光酶，并且它们的进化树符合普通鱼类的进化史，而非来自甲壳动物的近期借用信号。荧光素酶不仅在精制的基因组中缺失，连原始测序数据中也没有发现，这使得该基因仅仅藏在未组装区域的可能性极低。

检查其他基因捷径

科学家们还探查鱼是否可能悄悄从卤虫目小甲壳动物处引入其他有用基因，例如管理产光化学物质荧光素（luciferin）的基因。他们使用快速的大规模比对工具，将每个预测的鱼类蛋白与鱼类和卤虫目的蛋白数据库进行比对，并标出那些鱼类基因比起其他鱼类更像卤虫目的情形。大约出现了二十个此类候选基因，但细致的进化树分析表明，这些基因仍然稳固地与鱼类群体归为一类，而不是归入卤虫目的分支。简言之，没有令人信服的证据表明包括处理荧光素的基因在内的任何基因已从甲壳动物横向跳入该鱼的 DNA。

一种新的发光方式

综合来看，证据指向一个引人注目的结论：Parapriacanthus ransonneti 在没有自身携带关键产光酶基因的情况下发光。相反，它从所食用的卤虫目小甲壳动物那里捕获现成的荧光素酶蛋白并将其存放在光器官中，这是一种将“你吃什么就成为什么”推向分子层面的生动例证。这表明动物获得复杂能力的方式不仅限于进化或引入新基因，也可以通过直接重复使用其他物种的可用部件实现。新组装的基因组现在为未来研究提供了平台，以揭示这种鱼如何安全地运输、保护并调控这些被窃取的蛋白质——以及大自然在其他发光生物中可能多频繁地采用类似的策略。

引用: Bessho-Uehara, M., Yamaguchi, K., Koeda, K. et al. Absence of the luciferase gene in the genome of the kleptoprotein bioluminescent fish Parapriacanthus ransonneti. Sci Rep 16, 9211 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43942-6

关键词: 生物发光鱼, 蛋白质俘获, 窃生物学, 荧光素酶, 基因组测序