科学家在自然界最鲜艳的色彩背后揭示了遗传密码

时间：2022-01-28 11:25:04 来源：

图像显示了在营养琼脂平板上生长的直径2厘米的黄杆菌IR1的菌落。菌落中的细胞高度组织化，从而形成了一个会干扰光的二维光子晶体。这会导致结构颜色鲜艳且具有特定角度的色相，并带有同心的环形图案，表明组织中的细微变化。集落中心的IR1较老的细胞更加杂乱无章，因此失去了颜色。可以从该野生型菌株中对IR1进行遗传修饰，以创建新的，活的光子结构。剑桥大学

研究人员已经解锁了自然界中一些最明亮，最鲜艳的颜色背后的遗传密码。该论文将发表在《 PNAS》杂志上，是对结构颜色的遗传学的首次研究（如在蝴蝶翅膀和孔雀羽毛中所见），为各种结构颜色生物的遗传学研究铺平了道路。

这项研究是剑桥大学与荷兰公司Hoekmine BV的合作，展示了遗传学如何改变某些类型的鲜艳细菌的颜色和外观。结果开辟了为大规模生产纳米结构材料而收集这些细菌的可能性：例如，可以“种植”而不生产可生物降解的无毒涂料。

黄杆菌是一种细菌，聚集在菌落中，产生出惊人的金属色，这些金属色不是来自颜料，而是来自其内部结构，该结构反射特定波长的光。然而，科学家们对于自然界如何对这些复杂的结构进行基因改造仍感到困惑。

剑桥化学系的第一作者Villads Egede Johansen说：“对负责结构着色的基因作图至关重要，以进一步了解自然界中纳米结构是如何被工程化的。”“这是对支撑结构颜色的基因进行的首次系统研究，不仅在细菌中，而且在任何生物系统中都如此。”

研究人员将遗传信息与野生型和突变细菌菌落的光学特性和解剖结构进行了比较，以了解基因如何调节菌落的颜色。

通过对细菌进行基因突变，研究人员改变了细菌的大小或移动能力，从而改变了菌落的几何形状。通过改变几何形状，他们改变了颜色：他们在整个可见范围内（从蓝色到红色）改变了菌落的原始金属绿色。他们还能够产生暗淡的色彩或使色彩完全消失。

Hoekmine BV首席执行官Colin Ingham博士说：“我们绘制了一些功能未知的基因，并将它们与菌落的自组织能力及其颜色关联起来。”

剑桥大学化学系的共同资深作者西尔维亚·维尼吉尼博士说：“从应用的角度来看，这种细菌系统使我们能够实现可调谐的活的光子结构，从而可以大量复制，而无需传统的纳米制造方法。”“我们看到将这种细菌菌落用作光子色素的潜力，可以容易地对其进行优化，以在外部刺激下改变颜色，并且可以与其他生物组织相互作用，从而适应各种环境。”仅通过精确地增加我们想要的颜色和外观，我们的汽车和墙壁上的可生物降解涂料的未来就是开放的！

出版物（印刷中）：Villads Egede Johansen等。‘活色：细菌菌落中结构色的遗传操作。’PNAS（2018）。DOI：10.1073 / pnas.1716214115

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