近日，中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所李家堂研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合透射電鏡、組學(xué)測(cè)序和功能實(shí)驗(yàn)等多技術(shù)手段，對(duì)體色多態(tài)性蛇類(lèi)——綠瘦蛇（Ahaetulla prasina）體色差異的分子機(jī)制進(jìn)行了探討，揭示了SMARCE1基因的關(guān)鍵突變是其體色差異的重要分子基礎(chǔ)。
圖1 綠瘦蛇的不同體色
科研團(tuán)隊(duì)以野外常見(jiàn)的綠瘦蛇的綠色和黃色個(gè)體為研究對(duì)象，通過(guò)透射電鏡成像發(fā)現(xiàn)，兩種體色的綠瘦蛇在皮膚色素細(xì)胞，尤其是虹彩細(xì)胞的排列和形態(tài)上存在著明顯差異，黃色個(gè)體的皮膚中含有更為無(wú)序和相對(duì)較厚的虹彩細(xì)胞嘌呤晶體；同時(shí)，皮膚組織的非靶向代謝組也顯示了相同線(xiàn)索，這提示虹彩細(xì)胞的形態(tài)差異可能是綠瘦蛇兩種體色差異的表型基礎(chǔ)。
圖2 兩種體色個(gè)體的表型研究
進(jìn)一步的，研究測(cè)序并組裝了綠瘦蛇高質(zhì)量的染色體水平基因組，并對(duì)兩種體色個(gè)體進(jìn)行了重測(cè)序，通過(guò)全基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS）發(fā)現(xiàn)，在黃色個(gè)體中，基因SMARCE1的進(jìn)化保守區(qū)域存在關(guān)鍵錯(cuò)義突變p.P20S，該突變與體色變異性狀高度關(guān)聯(lián)；利用Alphafold進(jìn)行蛋白結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)發(fā)現(xiàn)，該突變會(huì)導(dǎo)致空間結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化，從而可能影響蛋白結(jié)合功能；另外，皮膚轉(zhuǎn)錄組分析顯示，色素細(xì)胞發(fā)育的重要調(diào)控因子TFEC，在兩種體色群體間顯著差異表達(dá)，這提示了色素細(xì)胞發(fā)育過(guò)程中的表達(dá)差異。
圖3 GWAS分析揭示了SMARCE1基因的關(guān)鍵突變
利用斑馬魚(yú)胚胎模型，將候選基因SMARCE1敲降后發(fā)現(xiàn)，胚胎虹彩細(xì)胞發(fā)育產(chǎn)生了明顯異常，同時(shí)基因TFEC的表達(dá)也受到了影響，這提示了基因SMARCE1與虹彩細(xì)胞發(fā)育過(guò)程的重要聯(lián)系。進(jìn)一步的，研究構(gòu)建了敲降SMARCE1的細(xì)胞系進(jìn)行免疫熒光染色實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，TFEC向細(xì)胞核的招募受到阻礙，可能是由SMARCE1與TFEC的結(jié)合異常導(dǎo)致的。SMARCE1突變導(dǎo)致結(jié)合TFEC功能異常，并最終影響色素細(xì)胞，特別是虹彩細(xì)胞的發(fā)育，進(jìn)而導(dǎo)致了顏色的差異。
圖4 關(guān)鍵基因SMARCE1功能驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果
該研究成果以“Genetic mapping and molecular mechanism behind color variation in the Asian vine snake”為題發(fā)表于領(lǐng)域內(nèi)國(guó)際知名期刊“Genome Biology（IF=17.906）”，并被選為Featured article。博士生唐晨陽(yáng)為論文第一作者，四川大學(xué)華西第二醫(yī)院張小虎副研究員、北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院徐霄副研究員為共同第一作者；中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所李家堂研究員為論文通訊作者。本研究工作得到了中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。