单基因导致刺细胞失去刺痛

一项新的研究表明，当科学家禁用一种海葵中的一个调节基因时，一种会射出有毒微型鱼叉用于狩猎和自卫的刺细胞会转变为射出一条缠绕猎物的粘性线。

这项在海葵Nematostellavectensis中进行的研究表明，使一种名为NvSox2的基因失能如何实现从穿刺细胞(称为线虫细胞)到粘性诱捕细胞(称为螺旋细胞)的转变。这一发现表明，由于NvSox2基因的发展，线虫细胞可能是从螺旋细胞进化而来的。

康奈尔大学生态学和进化生物学助理教授LeslieBabonis说：“这个基因控制着两种不同细胞命运之间的转换;它控制着一整套赋予该细胞完全不同身份的特征。”

“刺细胞”存在于所有刺胞动物体内——包括海葵、珊瑚、水螅和水母。它们在论文中用作模型细胞，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变得极其多样化并具有许多不同的形式。

这一系列研究的核心是寻求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，即一种功能的灵活性内置于N.vectensis带刺细胞的遗传结构中。例如，如果一小群N.vectensis迁移到一个新的环境中，在这个环境中，粘性线被证明比刺穿的鱼叉细胞更有优势，只需要一个基因中的一个小突变就可以实现转换。

Babonis说：“能够在不同的细胞类型之间‘选择’，使动物具有很大的灵活性，可以入侵新的栖息地并进化出新的特征。”

Nematocytes和spirocytes都包含一个新的细胞器，由厚的加压胶囊组成。当在附近检测到猎物或捕食者时，加压的胶囊会塌陷，迫使射弹从细胞中射出——线虫细胞是鱼叉，螺旋细胞是粘性的猎物缠绕线。

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的作用是抑制粘性细胞的发展并促进穿刺细胞的发展。

“与野生型动物的细胞相比，这些细胞看起来完全不同，功能也完全不同，”Babonis说。

在未来的工作中，Babonis及其同事计划通过在其他刺胞动物物种(包括密切相关的珊瑚物种)中寻找对两种细胞命运的相同单基因控制来研究这种现象的广度。该项目的一个长期目标是向后工作，以确定制造仍然可以发射射弹的刺细胞所需的最少基因组。从那里，他们将尝试各种变化。

“我们可以制造一种以前从未进化过的刺细胞吗?”巴布尼斯问道。例如，她说，一个可以发射小型皮下注射针的微小细胞可能具有有价值的医学应用。