科研人員破解海參“吐絲”之謎

　　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)的研究團(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，破解了海參“吐絲”之謎。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，4月10日，相關(guān)研究成果以The Holothuria leucospilota genome elucidates sacrificial organ expulsion and bioadhesive trap enriched with amyloid-patterned proteins為題，發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）上。

 

　　“吐絲”是許多熱帶海參遭到敵害威脅時(shí)，從肛門處噴出絲狀小管并黏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黏性產(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（Holothuria leucospilota）為研究對象，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。研究通過染色體級的高精度基因組測序，發(fā)現(xiàn)居維氏器外層的黏性蛋白具有長串聯(lián)重復(fù)序列，與蜘蛛和家蠶的絲蛋白類似。該類蛋白的結(jié)構(gòu)為交叉-β結(jié)構(gòu)，與人類阿爾茨海默癥、帕金森癥等疾病的致病性淀粉樣蛋白相似。

 

　　研究表明，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號和12號染色體集中形成了多個(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，并生成淀粉樣黏性蛋白。

 

　　這一科學(xué)發(fā)現(xiàn)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)方面具有潛在應(yīng)用價(jià)值，為新型仿生水下黏合材料的研發(fā)提供了新思路。研究工作得到國家自然科學(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)等的支持。