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水生所揭示原生動物細胞極致動態形變的分子基礎
真核細胞依賴形態的動態變化來執行多種功能，以維持基本生物過程并調控細胞行為。單細胞捕食性原生動物長吻蟲的形態與天鵝相似。其中，常見種天鵝長吻蟲因此得名。長吻蟲細胞在結構上劃分為三個部分，即從后端到前端依次為胞體、頸部（脖子）和頭部（口器）。長吻蟲通過不斷伸縮其細胞頸來搜索和捕捉獵物。在這一過程中，它的頸部可以延伸至胞體長度的30倍之多，展現出極致的動態形態變化。而這種細胞極致動態形變背后蘊含的分子材料尚不清楚。
近日，中國科學院水生生物研究所研究員繆煒團隊在對武漢東湖分離的天鵝長吻蟲進行行為模式分析的基礎上，在細胞培養密度受限的條件下，通過長期大規模培養，獲得了天鵝長吻蟲的高質量基因組。同時，研究通過顯微手術分離出數千個細胞頸并進行質譜分析，鑒定了頸部的蛋白質成分。在此基礎上，利用超分辨顯微成像和雙束掃描電鏡等技術，研究揭示了長吻蟲細胞皮層中的兩種關鍵細胞骨架——肌絲骨架和微管骨架。肌絲骨架由centrin-myosin蛋白組成，在頸部和胞體之間表現出明顯差異的分布模式。微管骨架含有一種形成梯狀結構的新型巨型蛋白，在頸部與肌絲骨架靠近，而在胞體中則與之分離。這一獨特的排列使得頸部可以獨立于胞體，展現出動態形態變化。新發現的這些蛋白成分表明，長吻蟲通過新型的細胞骨架系統來實現極致的形態變化。
上述成果是繼發現依賴鈣離子的新型細胞骨架是原生動物旋口蟲細胞超快速收縮的分子基礎后，通過研究單細胞原生動物的極致運動形式而發現的第二類新型細胞骨架系統。這對于探討生物運動以及細胞骨架的進化與多樣性具有重要意義。同時，該成果為生物仿生及利用合成生物學手段構建相應的分子機器奠定了理論基礎，提供了設計藍圖。
相關研究成果以Dynamic shape-shifting of the single-celled eukaryotic predator Lacrymaria via unconventional cytoskeletal components為題，發表在《當代生物學》（Current Biology）上。研究工作得到國家自然科學基金和國家重點研發計劃的資助，并獲得國家水生生物種質資源庫、中國科學院超級計算武漢分中心和水生所分析測試中心的支持。
論文鏈接
長吻蟲細胞中的兩種關鍵細胞骨架：肌絲骨架（紅色）與微管骨架（綠色）
來源： 水生生物研究所
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