阿拉伯鳉胚胎中黑色素细胞与荧光白色素细胞协同抵御紫外线的光保护机制研究

《Scientific Reports》：Melanophore and fluoroleucophore photo-protect the Arabian killifish, Aphanius dispar, embryo from ultraviolet light

本研究针对鱼类色素细胞在紫外线（UV）防护中的机制空白，通过CRISPR/Cas9基因编辑技术构建gch-/-和gch-/-tyr-/-双突变体阿拉伯鳉胚胎模型，发现其UV耐受性显著高于斑马鱼，并首次揭示荧光白色素细胞（fluoroleucophores）与黑色素细胞（melanophores）通过协同作用在胚胎早期发育阶段提供关键光保护，为多物种UV敏感性差异机制研究开辟新视角。

　　

在自然界中，紫外线辐射对水生生物早期发育阶段的威胁长期存在，而色素细胞的光保护功能研究多集中于黑色素细胞。然而，其他色素细胞（如荧光细胞）在UV防护中的作用机制尚不明确，且现有研究多局限于斑马鱼等少数模式生物，不同鱼类物种的UV敏感性差异亟待系统解析。为此，研究团队以阿拉伯鳉（Aphanius dispar）胚胎为模型，聚焦其独特的荧光白色素细胞（fluoroleucophores）与黑色素细胞（melanophores），探索二者在UV防护中的协同机制。

研究通过CRISPR/Cas9基因组编辑技术构建_gch^-/-（缺失荧光蝶呤色素合成关键酶GTP环化水解酶）和_gch^-/-_tyr^-/-（同时缺失酪氨酸酶介导的黑色素合成）突变体，对比野生型胚胎的UV耐受性。形态学与基因表达分析表明，双突变体对UV最敏感，_gch^-/-单突变体亦表现出显著应激反应，证实荧光色素与黑色素共同构成胚胎早期UV防护屏障。该成果发表于《Scientific Reports》，为多物种环境适应性进化研究提供新思路。

关键技术方法

研究利用CRISPR/Cas9基因编辑技术构建阿拉伯鳉突变体模型，通过胚胎UV暴露实验结合形态学观察和基因表达分析（如_gch与_tyr基因功能验证），对比野生型与突变体UV敏感性。

研究结果

1. 1.
   物种UV耐受性差异：阿拉伯鳉胚胎的UV抵抗力显著高于斑马鱼，提示鱼类UV防护机制存在物种特异性。
2. 2.
   突变体表型分析：_gch^-/-_tyr^-/-双突变体UV敏感性最高，且_gch^-/-单突变体应激响应增强，表明荧光色素与黑色素均参与光保护。
3. 3.
   基因功能关联：_gch调控的荧光蝶呤色素与_tyr介导的黑色素协同作用，为胚胎提供多层次UV防护。

结论与意义

本研究首次揭示荧光白色素细胞在鱼类UV防护中的关键角色，阐明色素细胞协同作用机制，填补了非黑色素细胞光保护研究的空白。结果凸显早期发育阶段UV防护的复杂性，为水生生物环境适应性进化及紫外线相关损伤防护策略开发提供理论依据。