生物熒光是自然界中最奇特的生命現象之一，已在生物醫學、制藥業、環境監測等諸多領域得到了廣泛應用。發光生物廣泛分布于生物界，涵蓋從細菌、真菌到動物中很多類群，但最常見的發光生物還是昆蟲。發光甲蟲是陸生發光生物的代表性類群。有趣的是，盡管甲蟲是昆蟲綱中種類最多的一個目，發光甲蟲也僅分布于叩甲總科中的五個科，即螢科(Lampyridae)、凹眼螢科(Rhagophthalmidae)、光螢科(Phengodidae)、華螢叩甲科(Sinopyrophoridae)和叩甲科(Elateridae)一部分物種。這些發光甲蟲共享熒光酶-熒光素生物熒光體系，但其發光器官的形態和位置各異，發光行為也千差萬別，這也是自達爾文以來生物進化學家一直困惑的一個進化之謎。雖然對此現象已有一些研究報道，但受限于缺乏關鍵代表性物種特別是基因組數據，甲蟲生物熒光的起源問題也一直沒有定論。

研究團隊長期專注于螢火蟲等發光甲蟲的物種多樣性和生物熒光起源的研究。2017年在中國云南發現了一種新科新種發光甲蟲華螢叩甲(Sinopyrophoridae:Sinopyrophorus schimmeli) (Bi et al.?Zookey. 2019; Kusy et al.?Systematic Entomology. 2021)，2020年解析了兩個螢科代表性物種(Lamprigera yunnana,?Abscondita terminalis)高質量基因組(Zhang et al.?Scientific Reports. 2020)。在此基礎上，研究團隊進一步解析了代表性發光甲蟲及其近緣非發光甲蟲共6個科的6個物種的參考基因組，重構了發光甲蟲及其近緣支系的穩固的系統發育框架。并在系統發育框架下，通過比較基因組學和生化功能實驗驗證，發現發光行為在螢科/凹眼螢科、華螢叩甲科和叩甲科平行起源（圖1）。不具有發光活性的熒光酶類似蛋白在熒光素結合位點上有保守的非發光氨基酸模式(TLA346–348)，相反，熒光酶在相同的位置有分化的發光氨基酸模式(TSA/CCA/CSA/LVA)。蛋白三維結構比較和氨基酸點位點突變實驗進一步證實這些位點在權衡熒光酶祖先?；o酶A合成酶活性和熒光酶活性中發揮重要作用（圖2）。發光顏色在叩甲總科祖先到現生科呈現藍移的進化趨勢，且在發光的各科進一步分化。這些結果揭示了甲蟲生物熒光的平行起源和發光體系的功能進化。相關研究結果以“Multiple Origins of Bioluminescence in Beetles and Evolution of Luciferase Function”為題，于2024年01月04 日在Molecular Biology and Evolution在線發表(https://doi.org/10.1093/molbev/msad287)。

該結果是在中國科學院昆明動物研究所李學燕副研究員帶領的昆蟲研究團隊潛心專研下取得，李學燕副研究員是該文的通訊作者。中國科學院昆明動物研究所的特別研究助理何金武博士為本文第一作者，李俊、張如、董志巍為本文的共同第一作者。山東大學、西北工業大學、河北大學、深圳職業技術大學和綿陽師范大學等單位的李遠寧、陳壘、畢文煊、阮用穎、楊玉霞、劉浩宇、邱鷺、李子鶴等參與了本項工作。王文研究員對本項目做出重要指導和幫助。本研究得到云南省科技廳(202101AS070054, 202105AC160039)和中國科學院（西部之光，先導項目XDPB17)等項目支持。