透明鱿鱼让科学家研究头足类动物的神经系统

海洋生物实验室 (MBL) 的一个团队成功地设计了蜂鸟短尾乌贼的白化品系Euprymna berryi。6 月 20 日的Current Biolog y报道了这一进展，它创造了一种近乎透明的生物体，首次为科学家们提供了清晰的光学通路，用于观察活体头足类动物的神经系统。

这也是首次通过多代培育出基因工程头足类动物，揭示了E. berryi作为神经生物学和其他类型研究的头足类动物模型生物的巨大前景。

“与其他无脊椎动物不同，头足类动物周围有很多非常有趣的生物学，”MBL 高级科学家Joshua Rosenthal说，他与 MBL Hibbitt 研究员Caroline Albertin共同领导了这项研究。“我们现在有了一个模型头足类动物，我们可以在其中以比以前高得多的分辨率询问生物功能。”

鞘状头足类动物(鱿鱼、章鱼和墨鱼)的神经系统和行为比大多数无脊椎动物复杂得多。其一，它们可以学习并记住复杂的任务：头足类动物可以解决迷宫、使用工具，甚至通过观察他人来学习。他们可以瞬间伪装自己，用手臂和触手操纵周围环境，并且根据最近的一项 MBL 研究，他们可以通过在很大程度上编辑自己的 RNA 来适应更冷的环境。

然而，头足类动物研究所缺乏的是一种适合遗传研究的模式生物。虽然数十年对果蝇和小鼠的研究揭示了这些动物发育、行为和进化的遗传基础，但由于缺乏研究头足类生物学的工具，这意味着我们对这些迷人生物的了解是有限的。这项新研究将Euprymna berryi视为头足类动物模型的可行候选者：除了易于在实验室中繁殖几代之外，它还可以进行基因改造。

“在模型头足类动物中直接和精确地测试基因功能的能力令人兴奋，因为它可以研究使头足类动物与众不同的特征 - 这将成为了解其独特生物学的许多不同方面的重要工具，”合作伙伴说——作家阿尔贝廷.

该团队通过使用 CRISPR-Cas9 基因组编辑使两种色素沉着酶的基因失活，建立了E. berryi的白化谱系。随后，俄勒冈大学尤金分校的克里斯·尼尔 (Cris Niell) 和斯坦福大学的伊万·索尔特斯 (Ivan Soltesz) 的合著者通过将荧光染料插入白化乌贼的视叶中来检查其大脑活动。这种染料每次检测到钙时就会发光，大脑在放电时会释放钙。然后，他们将一系列图像投影到鱿鱼前面的屏幕上，导致其视神经叶激活，染料发光，所有这些都是使用成像显微镜捕获的。当研究小组在野生型鱿鱼上尝试相同的技术时，其皮肤色素沉着使他们无法清楚地看到染料。

罗森塔尔说，这一发现“使我们能够以前所未有的方式观察基因功能和头足类动物大脑”。如果其他科学家想了解信号是如何通过头足类动物的大脑传递的，他们现在可以培育白化鱿鱼并用钙激活染料进行类似的实验。或者，如果研究人员想要对这些鱿鱼进行基因改造以研究其生物学的其他方面，该团队的研究表明这样的实验是可行的。

在这项研究中，Rosenthal 和 Albertin 的团队发现了E. berryi生物学的一个新方面。当该团队使第一个称为 TDO 的色素沉着基因失活时，他们预计会产生一只白化乌贼，就像他们在2020 年的一项研究中对另一种乌贼 ( Doryteuthis)所做的那样。然而，由此产生的E. berryi后代仍然有色素。研究小组很快意识到这种色素也是由第二种酶 IDO 产生的，IDO 是头足类动物中以前未知的蛋白质。为什么浆果埃里梅有两种似乎执行相同功能的酶仍然未知。

Rosenthal、Albertin 及其同事希望其他科学家决定扩大我们对E. berryi的了解，并利用它们解开头足类生物学的一些谜团。

“我们希望看到这些动物与研究界共享，”罗森塔尔说。“头足类动物蕴藏着生物新奇的宝库。我们希望看到人们使用它们提出发人深省的问题并得出新颖的发现。”

除了 Rosenthal 和 Albertin 之外，该团队还包括来自海洋生物实验室的第一作者 Namrata Ahuja;来自海洋生物实验室的 Ruhina Rafiq、Sal Nemes、Taylor Sakmar、Miranda A Vogt、Bret Grasse、Juan Diaz Quiroz、Ryan Wesley Null、Danielle Nicole Dallis 和 Lisa Abbo;以及来自斯坦福大学、俄勒冈大学尤金分校、哥伦比亚大学、冲绳科学技术研究所研究生大学、伦敦大学学院和加州大学伯克利分校的合作者。

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