2月18日，中国海洋大学海洋生物多样性与进化研究所赵呈天教授团队在学术期刊Plos Biology在线发表了题为“Light intensity and opsin sensitivity shape the morphology of cone photoreceptor outer segments”（光强与视蛋白敏感性塑造视锥细胞外节形态）的研究论文。该研究以斑马鱼为模式生物，首次阐明视锥细胞外节的形态由视蛋白的光敏感性与环境光强度共同决定，并证明长期神经活动在这一形态可塑性中起关键作用，为理解神经细胞形态调控与感官系统适应机制提供了重要见解。
视觉形成始于视网膜中的感光细胞，不同感光细胞具有独特的结构和形态特征分为视杆细胞和视锥细胞。尽管视杆细胞与视锥细胞之间的结构形态差异已被广泛研究，但视锥外节形态的多样性以及形成机制尚不明确。常用模式动物小鼠为夜行动物，视锥细胞仅占感光细胞总数的约3%，并且仅拥有两种视锥细胞类型：S-视锥细胞和M-视锥细胞，使得研究小鼠视锥外节形态较为困难。相较而言，斑马鱼的视网膜以视锥细胞为主，幼鱼阶段约含92%的视锥细胞，成鱼阶段约含60%，类似人类的中央凹结构，并且视锥种类丰富，包括短波长敏感（蓝色）视锥、中波长敏感（绿色）视锥、长波长敏感（红色）视锥以及对紫外光敏感（UV）视锥，具有研究视锥细胞多样性的优势。
该研究发现斑马鱼四种视锥细胞外节形态多样：感受紫外线的紫外视锥外节较为矮短，感受红光的红锥外节则较为细长（图1）。研究人员通过一系列基因编辑实验发现，若让紫外视锥细胞表达红锥的视蛋白，本应矮短的紫外视锥外节则会变得与红锥细胞一样细长（图2 A）。这表明，视锥外段的形态直接由其表达的视蛋白所敏感的光波长决定。此外，进一步研究发现，通过光路中异位脂滴形成或改变环境光照强度所引起的光强变化，同样能够调控视锥细胞外节形态。通过对比生活在浅海7m海箱人工养殖及50m水深的野生许氏平鮋的感光细胞进行了验证（图2 B,C）。值得注意的是，这种形态可塑性并非短暂现象，而是依赖于长期的神经活动。这一发现为理解感光细胞的形态调控机制提供了新视角。
图1 斑马鱼四种视锥细胞存在外节长度差异
图2 光强与视蛋白敏感性决定视锥细胞外节形态
纤毛与器官发育生物学团队赵呈天教授为该论文通讯作者，进化所博士后许璟瑾为第一作者。中国科学院遗传与发育生物学研究所黄勋研究员与中国海洋大学齐洁教授对本项目提供了重要帮助，研究工作得到了国家自然科学基金、崂山实验室科技创新项目以及进化所公共仪器平台等的支持。
