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單細胞原生動(dòng)物在自然界中展現出令人驚嘆的運動(dòng)能力，其中以旋口蟲(chóng)和鐘蟲(chóng)的超快速細胞收縮最為矚目。這些原生動(dòng)物細胞如此之快的收縮運動(dòng)，早在列文虎克1677年所發(fā)表論文中第一組顯微鏡下的發(fā)現便已描述。此類(lèi)細胞的超快速收縮依賴(lài)于鈣離子而不直接依賴(lài)于ATP，因此與ATP依賴(lài)的Actin-Myosin以及Microtubule-Dynein/Kinesin系統截然不同，代表了一類(lèi)嶄新的分子動(dòng)力系統。長(cháng)久以來(lái)，其分子基礎和機制仍不清楚。
旋口蟲(chóng)是一種長(cháng)度近1毫米的大型原生動(dòng)物纖毛蟲(chóng)，其細胞可在5毫秒內收縮四分之三的體長(cháng)，實(shí)現超快速細胞收縮。如以體長(cháng)為單位，這種細胞收縮幾乎是生物世界中最快速的運動(dòng)形式之一。
近日，中國科學(xué)院水生生物研究所繆煒研究員團隊以旋口蟲(chóng)為研究對象，在獲得高質(zhì)量旋口蟲(chóng)基因組的基礎上，利用超分辨顯微成像和RNAi等關(guān)鍵技術(shù)，證明了旋口蟲(chóng)細胞的超快速收縮系統的分子和結構基礎為兩個(gè)長(cháng)度大于1萬(wàn)個(gè)氨基酸的巨型蛋白（GSBP 1和2）和兩個(gè)鈣離子結合蛋白（Spasmin 1和2）形成的網(wǎng)狀細胞骨架。這一網(wǎng)狀骨架通過(guò)與微管組成的細胞骨架、線(xiàn)粒體和內質(zhì)網(wǎng)等亞細胞結構耦合，非常好的滿(mǎn)足了超快速細胞收縮系統所需具備的生物和物理條件。
巨型蛋白和鈣離子結合蛋白形成的網(wǎng)狀收縮骨架及其與微管骨架的耦合
本研究一方面為后續深入探索超快速細胞收縮系統的分子機制奠定了基礎；另一方面，為利用合成生物學(xué)手段構建相應的分子機器/細胞骨架提供了設計藍圖。組學(xué)方法與細胞、遺傳和分子生物學(xué)等手段的聯(lián)合，為深入開(kāi)展非模式原生動(dòng)物的研究提供了參考方案。
收縮（左）和伸展（右）狀態(tài)下的旋口蟲(chóng)細胞（Featured image, https://www.science.org/journal/sciadv）
該工作近期以“Giant proteins in a giant cell: molecular basis of ultrafast Ca2+-dependent cell contraction”為題在線(xiàn)發(fā)表于Science Advances雜志。研究中所拍攝的收縮和伸展兩種狀態(tài)下的旋口蟲(chóng)細胞照片被選為Science Advances雜志當期的"Featured image"。水生所張晶博士及研究生秦微微、胡澈、谷思雨為論文的共同第一作者，繆煒研究員、熊杰研究員為共同通訊作者。該研究工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、中科院先導專(zhuān)項、國家自然科學(xué)基金的資助，以及水生所分析測試中心、中國科學(xué)院超級計算武漢分中心和國家水生生物種質(zhì)資源庫的支持。