真核細(xì)胞依賴形態(tài)的動(dòng)態(tài)變化來(lái)執(zhí)行多種功能，以維持基本生物過(guò)程并調(diào)控細(xì)胞行為。單細(xì)胞捕食性原生動(dòng)物長(zhǎng)吻蟲的形態(tài)與天鵝相似。其中，常見種天鵝長(zhǎng)吻蟲因此得名。長(zhǎng)吻蟲細(xì)胞在結(jié)構(gòu)上劃分為三個(gè)部分，即從后端到前端依次為胞體、頸部（脖子）和頭部（口器）。長(zhǎng)吻蟲通過(guò)不斷伸縮其細(xì)胞頸來(lái)搜索和捕捉獵物。在這一過(guò)程中，它的頸部可以延伸至胞體長(zhǎng)度的30倍之多，展現(xiàn)出極致的動(dòng)態(tài)形態(tài)變化。而這種細(xì)胞極致動(dòng)態(tài)形變背后蘊(yùn)含的分子材料尚不清楚。

近日，中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所研究員繆煒團(tuán)隊(duì)在對(duì)武漢東湖分離的天鵝長(zhǎng)吻蟲進(jìn)行行為模式分析的基礎(chǔ)上，在細(xì)胞培養(yǎng)密度受限的條件下，通過(guò)長(zhǎng)期大規(guī)模培養(yǎng)，獲得了天鵝長(zhǎng)吻蟲的高質(zhì)量基因組。同時(shí)，研究通過(guò)顯微手術(shù)分離出數(shù)千個(gè)細(xì)胞頸并進(jìn)行質(zhì)譜分析，鑒定了頸部的蛋白質(zhì)成分。在此基礎(chǔ)上，利用超分辨顯微成像和雙束掃描電鏡等技術(shù)，研究揭示了長(zhǎng)吻蟲細(xì)胞皮層中的兩種關(guān)鍵細(xì)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(xiàn)出明顯差異的分布模式。微管骨架含有一種形成梯狀結(jié)構(gòu)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(dú)特的排列使得頸部可以獨(dú)立于胞體，展現(xiàn)出動(dòng)態(tài)形態(tài)變化。新發(fā)現(xiàn)的這些蛋白成分表明，長(zhǎng)吻蟲通過(guò)新型的細(xì)胞骨架系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)極致的形態(tài)變化。

上述成果是繼發(fā)現(xiàn)依賴鈣離子的新型細(xì)胞骨架是原生動(dòng)物旋口蟲細(xì)胞超快速收縮的分子基礎(chǔ)后，通過(guò)研究單細(xì)胞原生動(dòng)物的極致運(yùn)動(dòng)形式而發(fā)現(xiàn)的第二類新型細(xì)胞骨架系統(tǒng)。這對(duì)于探討生物運(yùn)動(dòng)以及細(xì)胞骨架的進(jìn)化與多樣性具有重要意義。同時(shí)，該成果為生物仿生及利用合成生物學(xué)手段構(gòu)建相應(yīng)的分子機(jī)器奠定了理論基礎(chǔ)，提供了設(shè)計(jì)藍(lán)圖。

相關(guān)研究成果以Dynamic shape-shifting of the single-celled eukaryotic predator?Lacrymaria?via unconventional cytoskeletal components為題，發(fā)表在《當(dāng)代生物學(xué)》（Current Biology）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的資助，并獲得國(guó)家水生生物種質(zhì)資源庫(kù)、中國(guó)科學(xué)院超級(jí)計(jì)算武漢分中心和水生所分析測(cè)試中心的支持。

論文鏈接

長(zhǎng)吻蟲細(xì)胞中的兩種關(guān)鍵細(xì)胞骨架：肌絲骨架（紅色）與微管骨架（綠色）