生物荧光是自然界中最奇特的生命现象之一，已在生物医学、制药业、环境监测等诸多领域得到了广泛应用。发光生物广泛分布于生物界，涵盖从细菌、真菌到动物中很多类群，但最常见的发光生物还是昆虫。发光甲虫是陆生发光生物的代表性类群。有趣的是，尽管甲虫是昆虫纲中种类最多的一个目，发光甲虫也仅分布于叩甲总科中的五个科，即萤科(Lampyridae)、凹眼萤科(Rhagophthalmidae)、光萤科(Phengodidae)、华萤叩甲科(Sinopyrophoridae)和叩甲科(Elateridae)一部分物种。这些发光甲虫共享荧光酶-荧光素生物荧光体系，但其发光器官的形态和位置各异，发光行为也千差万别，这也是自达尔文以来生物进化学家一直困惑的一个进化之谜。虽然对此现象已有一些研究报道，但受限于缺乏关键代表性物种特别是基因组数据，甲虫生物荧光的起源问题也一直没有定论。

研究团队长期专注于萤火虫等发光甲虫的物种多样性和生物荧光起源的研究。2017年在中国云南发现了一种新科新种发光甲虫华萤叩甲(Sinopyrophoridae:Sinopyrophorus schimmeli) (Bi et al. Zookey. 2019; Kusy et al. Systematic Entomology. 2021)，2020年解析了两个萤科代表性物种(Lamprigera yunnana, Abscondita terminalis)高质量基因组(Zhang et al. Scientific Reports. 2020)。在此基础上，研究团队进一步解析了代表性发光甲虫及其近缘非发光甲虫共6个科的6个物种的参考基因组，重构了发光甲虫及其近缘支系的稳固的系统发育框架。并在系统发育框架下，通过比较基因组学和生化功能实验验证，发现发光行为在萤科/凹眼萤科、华萤叩甲科和叩甲科平行起源（图1）。不具有发光活性的荧光酶类似蛋白在荧光素结合位点上有保守的非发光氨基酸模式(TLA346–348)，相反，荧光酶在相同的位置有分化的发光氨基酸模式(TSA/CCA/CSA/LVA)。蛋白三维结构比较和氨基酸点位点突变实验进一步证实这些位点在权衡荧光酶祖先酰基辅酶A合成酶活性和荧光酶活性中发挥重要作用（图2）。发光颜色在叩甲总科祖先到现生科呈现蓝移的进化趋势，且在发光的各科进一步分化。这些结果揭示了甲虫生物荧光的平行起源和发光体系的功能进化。相关研究结果以“Multiple Origins of Bioluminescence in Beetles and Evolution of Luciferase Function”为题，于2024年01月04 日在Molecular Biology and Evolution在线发表(https://doi.org/10.1093/molbev/msad287)。

该结果是在中国科学院昆明动物研究所李学燕副研究员带领的昆虫研究团队潜心专研下取得，李学燕副研究员是该文的通讯作者。中国科学院昆明动物研究所的特别研究助理何金武博士为本文第一作者，李俊、张如、董志巍为本文的共同第一作者。山东大学、西北工业大学、河北大学、深圳职业技术大学和绵阳师范大学等单位的李远宁、陈垒、毕文煊、阮用颖、杨玉霞、刘浩宇、邱鹭、李子鹤等参与了本项工作。王文研究员对本项目做出重要指导和帮助。本研究得到云南省科技厅(202101AS070054, 202105AC160039)和中国科学院（西部之光，先导项目XDPB17)等项目支持。