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NSR | 赖仞课题组牵头揭示产毒动物影响食物链结构的分子博弈机制
2019-08-29

责编 | 酶美


产毒动物在长期的演化过程中产生并演化出了极其复杂的毒液系统(MCP 2012),这是它们捕食猎物(PNAS 2018)、防御掠食者(Nat Commun 2015; Sci Adv 2017)、应对种间竞争所使用的高效生化武器。因此生物毒素是驱动相应食物链和生态系统进化的关键因素。例如,蝎子是经典的肉食性产毒动物,通过其强大的毒液系统Toxins 2015; Sci Adv 2017)进行捕食或防御。虽然拥有如此强大的生化武器,蝎子并非是所在食物链的顶级捕食者。例如两栖类无尾目的动物能够捕食蝎子,并且对蝎毒产生极高的耐受。


为了探明这些食物链结构中的分子博弈现象,中国科学院昆明动物研究所赖仞课题组牵头的研究团队对蝎毒成分以及蝎子的捕食者和被捕食者的受体进行了深入研究。研究人员发现,蝎毒中以BmK-M9为代表的α毒素通过两对分子间作用力(42Y-1432K,62K-1428D)以及毒素与细胞膜的相互作用力,以几乎不可逆的方式结合猎物(昆虫或小型哺乳动物)的肌肉钠通道(Nav1.4)并抑制钠通道的快失活,导致持续的神经冲动而麻痹猎物。借助嵌合体构建、单分子荧光标记、分子互作结构模拟等技术,发现BmK-M9在静息态时与钠通道第四结构域的电压敏感元件结合并阻滞了钠通道快失活门控运动,产生了钠通道持续开放的现象。食蝎的蛙类由于自身钠通道关键残基(1432K-E)的突变,使α毒素无法与其肌肉钠通道结合并发挥作用。受体的进化赋予食蝎的蛙类抵御蝎毒的能力从而化解了蝎子的生化武器,使其在捕食蝎子的过程中不发生麻痹现象。该研究阐明了形成昆虫-蝎子-蛙这一毒素主导的食物链结构的分子博弈机制。


相关成果于近日以 Molecular game theory for a toxin-dominant food chain model 为题发表于National Science Review。昆明动物所李博文陆先翠罗雷博士和圣路易斯华盛顿大学Jonathan Silva副教授为文章的共同第一作者。昆明动物所赖仞杨仕隆崔建民研究员和浙江大学杨帆教授为文章的共同通讯作者。



制版人:珂

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