近日，中國科學院成都生物研究所李家堂研究團隊結合透射電鏡、組學測序和功能實驗等多技術手段，對體色多態(tài)性蛇類——綠瘦蛇（Ahaetulla prasina）體色差異的分子機制進行了探討，揭示了SMARCE1基因的關鍵突變是其體色差異的重要分子基礎。
圖1 綠瘦蛇的不同體色
科研團隊以野外常見的綠瘦蛇的綠色和黃色個體為研究對象，通過透射電鏡成像發(fā)現(xiàn)，兩種體色的綠瘦蛇在皮膚色素細胞，尤其是虹彩細胞的排列和形態(tài)上存在著明顯差異，黃色個體的皮膚中含有更為無序和相對較厚的虹彩細胞嘌呤晶體；同時，皮膚組織的非靶向代謝組也顯示了相同線索，這提示虹彩細胞的形態(tài)差異可能是綠瘦蛇兩種體色差異的表型基礎。
圖2 兩種體色個體的表型研究
進一步的，研究測序并組裝了綠瘦蛇高質量的染色體水平基因組，并對兩種體色個體進行了重測序，通過全基因組關聯(lián)分析（GWAS）發(fā)現(xiàn)，在黃色個體中，基因SMARCE1的進化保守區(qū)域存在關鍵錯義突變p.P20S，該突變與體色變異性狀高度關聯(lián)；利用Alphafold進行蛋白結構預測發(fā)現(xiàn)，該突變會導致空間結構發(fā)生明顯變化，從而可能影響蛋白結合功能；另外，皮膚轉錄組分析顯示，色素細胞發(fā)育的重要調控因子TFEC，在兩種體色群體間顯著差異表達，這提示了色素細胞發(fā)育過程中的表達差異。
圖3 GWAS分析揭示了SMARCE1基因的關鍵突變
利用斑馬魚胚胎模型，將候選基因SMARCE1敲降后發(fā)現(xiàn)，胚胎虹彩細胞發(fā)育產生了明顯異常，同時基因TFEC的表達也受到了影響，這提示了基因SMARCE1與虹彩細胞發(fā)育過程的重要聯(lián)系。進一步的，研究構建了敲降SMARCE1的細胞系進行免疫熒光染色實驗，結果發(fā)現(xiàn)，TFEC向細胞核的招募受到阻礙，可能是由SMARCE1與TFEC的結合異常導致的。SMARCE1突變導致結合TFEC功能異常，并最終影響色素細胞，特別是虹彩細胞的發(fā)育，進而導致了顏色的差異。
圖4 關鍵基因SMARCE1功能驗證實驗結果
該研究成果以“Genetic mapping and molecular mechanism behind color variation in the Asian vine snake”為題發(fā)表于領域內國際知名期刊“Genome Biology（IF=17.906）”，并被選為Featured article。博士生唐晨陽為論文第一作者，四川大學華西第二醫(yī)院張小虎副研究員、北京大學生命科學學院徐霄副研究員為共同第一作者；中國科學院成都生物研究所李家堂研究員為論文通訊作者。本研究工作得到了中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項、國家自然科學基金等項目的支持。