[논문] 연구는 네온색 말미잘에서 형광의 보호 역할을 밝힙니다

스탠포드 대학교와 UC 샌디에이고의 스크립스 해양학 연구소 연구팀은 처음으로 해변가들이 자주 접하는 부드럽고 촉수가 달린 조수 웅덩이 생물인 말미잘의 형광과 색상 사이의 직접적인 유전적 연관성을 발견했습니다.

포괄적인 논문에서 팀은 북미 태평양 연안의 조간대에 서식하는 말미잘 그룹 내에서 형광 단백질과 색상 변화의 신비한 역할을 조명합니다. 안토플레우라(Anthopleura) 속에 속하며 일반적으로 햇살 바다 말미잘이라고 불리는 이 말미잘은 생생한 네온 녹색부터 차분한 올리브 또는 회색 녹색 색조에 이르기까지 다양한 유전적 색상 변이를 나타냅니다.

연구진은 아네모네의 색상 변화, 또는 다형성은 단일 형광 단백질 유전자의 다양한 버전에 의해 제어됩니다. 이 연구는 또한 형광 단백질이 단지 보여주기 위해 존재하는 것이 아니라는 사실을 밝혀냈습니다. 강력한 항산화제 역할을 하여 세포를 보호합니다. 산화 손상이는 세포에 대한 가장 일반적인 종류의 스트레스입니다.

말미잘과 갯벌 지역의 다른 유기체에 대한 일반적인 스트레스 요인으로는 햇빛에 대한 지속적인 노출, 건조, 광합성을 통해 생성된 산소 라디칼의 존재 등이 있습니다.

연구 결과가 발표되었습니다 에서 국립과학원(National Academies of Sciences)의 간행물.

“우리가 이 연구를 통해 본질적으로 대답하려고 했던 질문은 '이 네온 바다 말미잘을 그렇게 눈에 띄게 네온으로 만드는 이유는 무엇입니까?'였습니다. 이로 인해 우리는 지금까지 미스터리로 남아 있던 흥미로운 형광 단백질 세계에 대한 조사를 시작하게 되었습니다.”라고 현재 MIT에서 박사후 연구원으로 박사 과정 중에 연구를 수행한 수석 저자 Nat Clarke는 말했습니다. 스탠포드 대학교 학생.

“이 연구는 스펙트럼 특성과 중요한 생리학적 역할의 균형을 맞추면서 자연에서 형광 단백질의 다기능 역할을 조명합니다.”

팀은 커뮤니티 플랫폼으로 전환했습니다. i자연주의자이는 시민 과학자들이 때때로 희귀한 네온 녹색 말미잘의 위치를 ​​찾기 위한 탐구에서 생물 다양성을 문서화할 수 있는 권한을 부여합니다.

안소플레우라 말미잘에 대한 수천 건의 위치정보 태그 관찰을 통해 네온 색상의 가장 높은 보급률은 북부 캘리포니아에서 발견되었으며, 인구의 최대 10%가 이 색상을 발견한 반면, 그 풍부함은 샌프란 주변에서는 1% 미만으로 감소했습니다. 디에고.

모든 것은 놀라운 관찰에서 시작되었습니다

연구 프로젝트에 대한 영감은 2008년 은퇴한 UC Santa Cruz 교수인 John Pearse가 몬터레이 베이의 조수 웅덩이를 탐험하고 심오한 관찰을 하면서 시작되었습니다. 차분한 톤의 말미잘 무리 가운데 단 한 마리만이 선명한 네온 녹색 빛을 띠고 있었습니다. 천연색.

이 첫 만남 이후 그는 수년에 걸쳐 여러 번 형광 생물을 확인하기 위해 다시 돌아와서 그것이 일년 중 시간과 변화에도 불구하고 눈에 띄는 색상을 유지한다는 것을 발견했습니다. 조명 수준 그리고 조수 조건으로 인해 이 이상한 색이 환경적 요인이나 외부 요인의 결과가 아니라는 것을 암시합니다.

말미잘과 기타 해양 무척추 동물의 생물학 전문가인 Pearse는 네온 녹색 말미잘에 대해 더 많은 것을 알고 싶어했습니다. 왜 이 말미잘은 같은 종의 다른 종들보다 형광성이 더 높았습니까(그리고 같은 종이었습니까?). 같은 위치, 같은 바위에?

그는 이 문제를 조사하기 위해 스탠포드 대학의 홉킨스 해양 기지에 기반을 둔 아네모네 분야의 선도적인 전문가인 그의 아내 Vicki Pearse와 다른 동료들의 도움을 요청했습니다. John Pearse도 이 연구의 공동 저자였습니다. 그는 세상을 떠났다 출판되기 전에.

연구의 현장 조사 부분은 Clarke와 Pearse가 캘리포니아주 퍼시픽 그로브에 있는 Hopkins Marine Station 근처 조간대에서 네온색과 네온색이 아닌 아네모네로부터 촉수 샘플을 수집하면서 2016년에 시작되었습니다. 그런 다음 Clarke는 일련의 분자 도구를 사용하여 형광 단백질을 분리하고 서열을 지정했습니다.

실험실에서 생체형광 검사

연구의 생물형광 부분은 Scripps 해양학 해양 생물학자인 Dimitri Deheyn과 유기체의 빛 생성 및 빛 조작 조사를 전문으로 하는 Deheyn Lab의 구성원이 수행했습니다. 연구진은 다양한 스펙트럼에 걸쳐 빛의 특성을 조사하는 도구인 분광광도계를 사용하여 새로 식별된 단백질의 스펙트럼 분석을 수행했습니다.

많은 종에서 색상 변이는 다양한 식단이나 다양한 환경에 대한 적응을 포함한 요인에서 비롯되는 표현형 또는 관찰 가능한 특성으로 간주됩니다. 예를 들어, 더 높은 수준의 빛에 노출된 종은 종종 더 어두운 색소 침착을 나타냅니다. 연구자들은 말미잘의 색상 변화가 표현형 특성이 아니라 특정 형광 단백질 유전자와 관련된 유전형 특성으로 간주된다는 사실에 놀랐습니다.

이번 논문의 수석 저자인 Deheyn은 “이것은 말미잘이나 해양 무척추 동물 종의 색을 결정하는 형광 단백질을 관찰한 최초의 사례입니다.”라고 말했습니다. “색채가 하나의 매우 특정한 유전자와 엄격하게 연결되어 있다는 사실은 이를 더욱 흥미롭게 만들고 대부분의 현장 관찰자가 갖고 있는 가정에 도전합니다.”

형광 단백질의 보호 역할

연구자들은 아네모네의 형광 단백질이 산화 스트레스로부터 살아있는 세포를 보호할 수 있는 강력한 항산화제임을 입증했습니다. 인간의 경우 산화 스트레스는 편두통을 유발할 수 있지만 블루베리와 다크 초콜릿과 같은 항산화제를 섭취하면 이러한 스트레스를 관리하고 예방하는 데 도움이 될 수 있습니다.

“데이터를 바탕으로 우리는 형광 단백질이 말미잘이 경험하는 모든 다양한 스트레스에 대처하는 데 도움이 되며, 광합성 반응의 '쓰레기 제거'를 본질적으로 해독하는 방식으로 가능하게 한다고 생각합니다. 그것은 그들에게 해를 끼치 지 않습니다. “라고 Clarke는 말했습니다. “이 이중 역할은 형광 단백질착색과 세포 방어의 매개체로서 해양 생물이 환경의 도전에 적응하는 정교한 방법을 강조합니다.”

연구원에 따르면, 이 연구는 시민 과학의 중요성을 강조하고 대중이 iNaturalist를 통해 네온 녹색 말미잘 및 기타 형태의 생물 다양성에 대한 관찰을 계속 공유하도록 권장합니다.

“시민 과학자들의 헌신과 노력 덕분에 우리는 인구 분포에 대한 더 깊은 통찰력을 얻을 수 있습니다. 말미잘Deheyn은 이렇게 말했습니다. “아무리 사소하거나 사소해 보이는 모든 관찰은 자연 세계에 대한 우리의 지식과 이해를 넓히는 데 중요한 역할을 합니다.”