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近日，中國科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋生物資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員胡超群帶領(lǐng)的由國內(nèi)科研人員組成的團(tuán)隊(duì)，在海參敵害防御機(jī)制研究方面取得了突破性進(jìn)展，成功破解了海參“吐絲”之謎。相關(guān)研究發(fā)表于《美國科學(xué)院院報(bào)》（PNAS），并被該雜志選為亮點(diǎn)論文。

玉足海參對(duì)梭子蟹噴射居維氏器（“吐絲”）。研究團(tuán)隊(duì) 供圖

“吐絲”是許多海參遭到敵害威脅時(shí)，從肛門處噴出絲狀小管并粘附纏繞捕食者的一種防御機(jī)制。海參噴出的小管被稱為“居維氏器”，最早由法國古生物學(xué)家喬治·居維葉在1831年首次描述并以其名字命名。然而，190多年以來，居維氏器的成分及其粘性產(chǎn)生的機(jī)制一直是未解之迷。

胡超群團(tuán)隊(duì)以廣泛分布于印度-西太平洋熱帶海域的一種居維氏器發(fā)達(dá)的玉足海參為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)玉足海參的居維氏器在粘附和纏繞敵害時(shí)，其外層間皮層和中層結(jié)締組織層分別提供粘性和韌性的作用。通過染色體級(jí)的高精度基因組測(cè)序分析，發(fā)現(xiàn)居維氏器外層的一組粘性蛋白具有長(zhǎng)串聯(lián)重復(fù)序列，與蜘蛛和家蠶的絲蛋白類似；這些蛋白的結(jié)構(gòu)均為交叉-β結(jié)構(gòu)，與引起人類阿爾茨海默癥、帕金森癥等疾病的淀粉樣蛋白相似。

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乙酰膽堿刺激玉足海參居維氏器噴射。研究團(tuán)隊(duì) 供圖

研究結(jié)果表明，玉足海參利用瞬時(shí)受體電位通道（TRPC）感受捕食者施加的機(jī)械壓力，并通過釋放乙酰膽堿信號(hào)刺激居維氏器排出。在進(jìn)化過程中，玉足海參基因組的3號(hào)和12號(hào)染色體區(qū)域聚集了多個(gè)新基因，這些新基因使得居維氏器能夠接收乙酰膽堿信號(hào)，并生成淀粉樣粘性蛋白。

論文共同第一作者陳廷和任春華等表示，該研究揭示了玉足海參居維氏器防御敵害的物質(zhì)基礎(chǔ)、感知過程與噴射機(jī)制，闡釋了海參“吐絲”的御敵行為機(jī)制，在研發(fā)提高人工增養(yǎng)殖海參適應(yīng)能力的技術(shù)方面具有重大潛在應(yīng)用價(jià)值，也為新型仿生水下粘合材料的研發(fā)提供了新思路。

上述研究得到國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室（廣州）人才團(tuán)隊(duì)引進(jìn)重大專項(xiàng)等項(xiàng)目的聯(lián)合資助。

相關(guān)論文信息：https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2213512120。

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