Scientific Reports | 謝燦課題組和黃巖誼課題組提出章魚動(dòng)態(tài)變色的新模型
在自然界中，頭足類動(dòng)物（章魚、墨魚、魷魚）以動(dòng)態(tài)變色和擬態(tài)隱形而著稱。它們能夠根據(jù)環(huán)境的變化瞬時(shí)調(diào)節(jié)體色、皮膚紋理和外貌特征，從而完美地融入環(huán)境實(shí)現(xiàn)生物隱形。Reflectin是其結(jié)構(gòu)變色的關(guān)鍵蛋白，但其結(jié)構(gòu)色彩改變的分子機(jī)理一直存在爭議。2019年3月26日，謝燦課題組和黃巖誼課題組合作共同在Scientific Reports上發(fā)表題為《Reconstruction of Dynamic and Reversible Color Change in Cephalopods using Reflectin Protein》的研究論文，提出了章魚動(dòng)態(tài)變色的新模型。
本工作采用純化的reflectin蛋白，在體外成功重構(gòu)了頭足綱動(dòng)物可逆的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)色彩變化這一過程，闡釋了Reflectin蛋白質(zhì)組裝和動(dòng)態(tài)變色的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)Reflectin蛋白質(zhì)通過逐級(jí)組裝形成片層結(jié)構(gòu)，并呈現(xiàn)出特殊的藍(lán)色。光學(xué)分析和電鏡結(jié)構(gòu)研究表明其藍(lán)色的成因來自于波長特異性的散射，修正了以往認(rèn)為reflectin通過反射來產(chǎn)生顏色的錯(cuò)誤觀點(diǎn)。我們將reflectin通過散射形成的藍(lán)色定義為“章魚藍(lán)”，并提出了頭足綱動(dòng)物動(dòng)態(tài)變色的新的分子機(jī)理。本研究是章魚變色隱形和生物光學(xué)領(lǐng)域基礎(chǔ)研究的重要突破，同時(shí)也為國防科技和生物材料等行業(yè)的應(yīng)用提供了思路和原型。
Reflectin蛋白通過散射介導(dǎo)的藍(lán)色（章魚藍(lán)）及頭足動(dòng)物變色的模式圖
這是謝燦課題組在結(jié)構(gòu)色彩和章魚變色領(lǐng)域系列工作之二。此前，謝燦課題組2017年9月曾在Current Biology上以封面文章發(fā)表題為《Origin of the reflectin gene and hierarchical assembly of its protein》的論文，首次發(fā)現(xiàn)并提出了頭足類動(dòng)物特有的Reflectin基因起源于共生細(xì)菌轉(zhuǎn)座子的水平基因轉(zhuǎn)移假說，同時(shí)也報(bào)道了Reflectin蛋白質(zhì)的電鏡結(jié)構(gòu)和在神經(jīng)遞質(zhì)刺激下逐級(jí)組裝的過程。本工作在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步闡釋了蛋白質(zhì)組裝和動(dòng)態(tài)變色的關(guān)系。
北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士生蔡甜甜和生物醫(yī)學(xué)前沿創(chuàng)新中心（BIOPIC）博士后韓奎為共同第一作者，謝燦和黃巖誼為共同通訊作者。生科院博士生楊珮琳、本科生朱舟和BIOPIC博士生姜夢成參與了本課題。該研究得到了北京大學(xué)加強(qiáng)基礎(chǔ)研究專項(xiàng)和北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院啟東產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新基金的支持。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41598-019-41638-8
視頻鏈接：https://www.youtube.com/watch?v=q8NUJ1zUShg
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