绿瘦蛇体色差异的分子机制

　　

 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一直备受科学研究者的关注。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。蛇类是体色最为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多技术手段，对体色多态性蛇类——绿瘦蛇（Ahaetulla prasina）体色差异的分子机制进行了探讨，揭示了SMARCE1基因的关键突变是其体色差异的重要分子基础。 

图1 绿瘦蛇的不同体色 

 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着明显差异，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；同时，皮肤组织的非靶向代谢组也显示了相同线索，这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。

 

　　图2 两种体色个体的表型研究 

 进一步的，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了重测序，通过全基因组关联分析（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，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；另外，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，这提示了色素细胞发育过程中的表达差异。

 

　　图3 GWAS分析揭示了SMARCE1基因的关键突变 

 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的表达也受到了影响，这提示了基因SMARCE1与虹彩细胞发育过程的重要联系。进一步的，研究构建了敲降SMARCE1的细胞系进行免疫荧光染色实验，结果发现，TFEC向细胞核的招募受到阻碍，可能是由SMARCE1与TFEC的结合异常导致的。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，进而导致了颜色的差异。

 

　　图4 关键基因SMARCE1功能验证实验结果 

 该研究成果以“Genetic mapping and molecular mechanism behind color variation in the Asian vine snake”为题发表于领域内国际知名期刊“Genome Biology（IF=17.906）”，并被选为Featured article。博士生唐晨阳为论文第一作者，四川大学华西第二医院张小虎副研究员、北京大学生命科学学院徐霄副研究员为共同第一作者；中国科学院成都生物研究所李家堂研究员为论文通讯作者。本研究工作得到了中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金等项目的支持。 

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