朱顺义研究组在蝎毒素物种选择性的进化机制研究方面取得新进展
4月4日，中国科学院动物研究所朱顺义研究组在国际进化生物学领域高水平杂志《分子生物学与进化》在线发表了题为“Target-Driven Positive Selection at Hot Spots of Scorpion Toxins Uncovers Their Potential in Design of Insecticides”的论文。这项研究成果报道了该团队在蝎毒素物种选择性进化机制研究方面的最新发现。
蝎作为一类有毒动物，处于食物链的中间位置。在猎物（小型昆虫等）及捕食者（老鼠等）的双重选择压力下，该物种已成功进化了同时靶向昆虫和老鼠钠通道的α-型神经毒素参与捕食和防御。虽然α-型神经毒素超强的抗虫活性（nmol级）显示其有作为杀虫剂的巨大潜能，但是它们伴随的哺乳动物毒性成为主要的制约因素，为本领域的一大挑战。
为了应对上述挑战，研究人员首先从这类毒素物种选择性的进化机制研究入手。通过选用我国宁夏产条斑钳蝎的钠通道毒素MT-5为模型，他们对先前发现的毒素阳性达尔文位点完成了系统性的定点突变分析。合并电生理测定技术首次鉴定了MT-5和哺乳动物钠通道rNav1.1亚型相互作用的关键热点残基（见图）。以此为基础，研究人员构建了高质量的毒素-通道复合物的计算机模型，并建立了毒素和通道相互作用的配对残基。活体毒性测定表明，突变或删除这些热点氨基酸残基能够显著消除MT-5对小鼠的毒性，但却实质性地保留或增强了它的抗虫活性。这些数据表明了阳性达尔文选择的热点残基具有调节昆虫/哺乳动物物种选择性的开关作用。进一步改变热点残基的侧链性质有望实现针对特定害虫的杀虫剂的研发。
该研究首次利用阳性达尔文选择指导的定点突变策略改进了蝎毒素的物种选择性，其研究成果也将促进我国新型肽类杀虫剂的发展。
论文第一作者为多肽生物学及进化研究组博士研究生，朱顺义研究员为通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金（31570773）的资助。
蝎毒素：从达尔文选择到杀虫剂先导
