成都生物所揭示绿瘦蛇体色差异的分子机制
日期：2023-04-16 20:20:59 / 人气：
自然界中，体色多态性广泛存在于昆虫、鱼类、两栖类、爬行类、鸟类和哺乳类等几乎所有动物类群，这些丰富色彩的形成机制备受关注。爬行动物的颜色或斑纹主要由发育自神经嵴细胞的3种色素细胞（黑色素细胞、黄色素细胞和虹彩细胞）形成，这些色素细胞的排列和相互作用最终产生了不同的色彩。蛇类是体色最丰富的爬行动物之一，其体色多态性在不同物种间或同一物种内均有出现，为研究体色多态性的演化提供了良好模型。
近日，中国科学院成都生物研究所李家堂研究团队结合透射电镜、组学测序和功能实验等技术手段，探讨了体色多态性蛇类——绿瘦蛇（Ahaetulla prasina）体色差异的分子机制，揭示了SMARCE1基因的关键突变是其体色差异的重要分子基础。
科研团队以野外常见的绿瘦蛇的绿色和黄色个体为研究对象，通过透射电镜成像发现，两种体色的绿瘦蛇在皮肤色素细胞，尤其是虹彩细胞的排列和形态上存在明显差异，黄色个体的皮肤中含有更为无序和相对较厚的虹彩细胞嘌呤晶体；皮肤组织的非靶向代谢组也显示了相同线索，提示虹彩细胞的形态差异可能是绿瘦蛇两种体色差异的表型基础。
进一步，研究测序并组装了绿瘦蛇高质量的染色体水平基因组，并对两种体色个体进行重测序。全基因组关联分析（GWAS）发现，在黄色个体中，基因SMARCE1的进化保守区域存在关键错义突变p.P20S，且该突变与体色变异性状高度关联；利用Alphafold进行蛋白结构预测发现，该突变会导致空间结构发生明显变化，从而可能影响蛋白结合功能；皮肤转录组分析显示，色素细胞发育的重要调控因子TFEC，在两种体色群体间显著差异表达，提示了色素细胞发育过程中的表达差异。
研究利用斑马鱼胚胎模型，将候选基因SMARCE1敲降后发现，胚胎虹彩细胞发育产生了明显异常，同时基因TFEC的表达也受到影响，这提示了基因SMARCE1与虹彩细胞发育过程的重要联系。进一步，研究构建了敲降SMARCE1的细胞系进行免疫荧光染色实验发现，TFEC向细胞核的招募受到阻碍，可能是SMARCE1与TFEC的结合异常所致。SMARCE1突变导致结合TFEC功能异常，并最终影响色素细胞，特别是虹彩细胞的发育，导致颜色的差异。
相关研究成果以Genetic mapping and molecular mechanism behind color variation in the Asian vine snake为题，被选为Featured article，发表在Genome Biology上。研究工作得到中科院战略性先导科技专项、国家自然科学基金等的支持。
论文链接
图1.绿瘦蛇的不同体色
图2.两种体色个体的表型研究
图3.GWAS分析揭示了SMARCE1基因的关键突变
图4.关键基因SMARCE1功能验证实验结果
