单基因导致刺细胞失去刺痛

根据一项新的研究，当科学家禁用一种海葵中的单个调节基因时，一种射击有毒微型鱼叉用于狩猎和自卫的刺细胞转变为射击缠绕猎物的粘性线。

这项在海葵Nematostella vectensis中进行的研究显示了禁用一种名为NvSox2的基因如何使从穿刺细胞(称为线虫细胞)转变为粘性诱捕细胞(称为螺旋细胞)。这一发现表明，由于NvSox2基因的发展，线细胞可能是从螺旋细胞进化而来的。

“这个基因控制着两种替代细胞命运之间的切换;它控制着一整套特征，使这个细胞具有完全不同的身份，“艺术与科学学院生态学和进化生物学助理教授莱斯利·巴博尼斯说。

Babonis是发表在Nature Communications上的论文“单细胞返祖揭示海葵细胞类型多样化的古老机制”的通讯作者。

“刺细胞”存在于所有刺胞动物中，包括海葵、珊瑚、水螅和水母。它们在论文中充当模型细胞，因为它们有几十种细胞类型，具有不同的形状和功能，使研究人员能够探索基本的进化问题，即单一细胞类型如何以许多不同的形式变得极其多样化。

从本质上讲，这一系列研究旨在更好地了解动物多样性的进化，因为所有生命形式都起源于单细胞生物，随着时间的推移，随着细胞的特化和分化，单细胞生物变得更加复杂。

这些发现强调了这样一个事实，即在猪笼草中刺细胞的遗传结构中内置了一种功能的灵活性。例如，如果一小群猪笼草进入一个新的环境，在这个环境中，粘性线被证明比刺穿的鱼叉细胞更有利，那么只需要一个基因中的一个小突变就可以进行转换。

“能够在不同的细胞类型之间'选择'，使动物有很大的灵活性来入侵新的栖息地并进化出新的特征，”Babonis说。

线细胞和螺旋细胞都含有由厚厚的加压胶囊组成的新型细胞器。当在附近检测到猎物或捕食者时，加压胶囊会塌陷，迫使弹丸离开细胞——线细胞是鱼叉，螺旋细胞中是粘性猎物缠绕线。

Babonis及其同事使用CRISPR / Cas9基因编辑敲除NvSox2，这是一种与DNA结合并改变下游基因表达的转录因子。通过这样做，研究人员发现NvSox2的作用是沉默粘性细胞的发育并促进穿刺细胞的发育。

“这些细胞看起来完全不同，与野生型动物的细胞具有完全不同的功能，”Babonis说。

在未来的工作中，Babonis及其同事计划通过在其他种类的刺胞动物(包括一种密切相关的珊瑚物种)中寻找对两个细胞命运的相同单基因控制来研究这种现象的广度。该项目的长期目标是向后工作，以确定制造仍然可以发射弹丸的刺细胞所需的最小基因集。从那里，他们将尝试变化。

“我们能制造出一种从未进化过的刺细胞吗?”巴博尼斯说。例如，她说，一个发射小皮下注射针头的微小细胞可能具有有价值的医学应用。

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