独立行政机构国立产业技术综合研究所[会长野间口裕]（以下简称“AIST”）生物过程研究部[研究部主任镰形阳一]生物共生进化机制研究小组研究员二桥亮和研究小组组长竹间深津为日本人所熟知红蜻蜓奥莫铬氧化还原反应发现体色从黄色变为红色（图1）。
红蜻蜓的雄性和雌性未成熟的成虫都是黄色的，但雄性的体色随着成熟而由黄色变为红色。这是由于色素从氧化形式转变为还原形式，这是一种以前在动物中未知的体色变化机制，其中体色由于色素氧化还原状态的变化而发生显着变化。由于色素减少，变成红色的蜻蜓细胞处于抗氧化状态，因此对体色变化分子机制的了解有望有助于阐明维持体内抗氧化状态的机制。
该研究成果于2012年7月10日（日本时间）发表在美国学术期刊上美国国家科学院院刊
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图1 红蜻蜓体色的变化（照片：Natsuakane）
女性比男性色素减少的比例更低，抗氧化状态也更低 |
《Akatonbo》的旋律（三木露夫作词、山田耕作作曲）可以说是一首日本人都知道的心曲。一群红蜻蜓在清澈的蓝天上飞翔的景象是人们熟悉的季节特征，预示着秋天的到来。
那么，红蜻蜓为什么是红色的呢？事实上，鲜红的红色蜻蜓是成熟的雄性蜻蜓，而雌性和刚刚羽化的未成熟雄性蜻蜓则呈淡黄色。雄性和雌性之间体色的差异在配偶识别和领地行为中发挥着重要作用（图 2）。昆虫和其他动物体色变化的机制是已知的，例如色素合成和分解、色素定位的变化以及从食物中摄取色素，但迄今为止，红蜻蜓体色变化的机制完全未知。
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| 图2 未成熟和成熟雌雄蜻蜓的体色 |
AIST 一直致力于阐明适应各种环境的昆虫的高级生物学功能。研究表明，寄主昆虫的体色变化是由于体内共生细菌的作用（2010 年 11 月 19 日 AIST 新闻稿)，我们正在研究体色这一重要的生态特性的生物学功能和形成机制。许多种类的蜻蜓的体色会根据其性别和性成熟度而变化，但这种变化背后的分子机制完全未知，这次我们致力于阐明它。
这项研究得到了日本学术振兴会科学研究资助金青年科学家B“阐明蜻蜓体色变化和体色多态性的分子基础”和日本文部科学省科学研究资助金“创新领域研究”“阐明复杂适应性状进化的遗传基础”的资助。
我们提取并鉴定了三种红蜻蜓中所含的色素：红蜻蜓、红蜻蜓和猩红蜻蜓。研究发现，这些红蜻蜓通常含有两种类型的同色色素（黄素和脱羧黄素），它们是黄色到红色的色素（图3）。
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图 3 从红蜻蜓中鉴定出的两种单色色素
氧化形式更偏黄，还原形式更偏红 |
先前的研究报道，单色染料的颜色通过体外氧化还原反应可逆地变化。当从红蜻蜓中提取的色素添加氧化剂或还原剂时，它可逆地在氧化剂的作用下变成黄色，在还原剂的作用下变成红色。此外，当将还原剂抗坏血酸（维生素C）注射到活体红蜻蜓中时，不仅未成熟的雄性蜻蜓，而且成年雌性的体色也变成了红色，与成年雄性相似（图4，上）。当我们测量从未成熟和成熟的雄性和雌性中提取的色素的氧化还原电流，并量化氧化和还原色素的比例时，我们发现只有成熟雄性的还原铬色素比例明显更高（图4，底部）。这些结果表明，红蜻蜓体色从黄色变为红色的主要原因是单色色素向还原形式的变化。
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图4（上）箭头所示区域局部注入还原剂时车身颜色变化
（下）从成年昆虫腹部提取的单色色素还原形式的百分比（10 个个体的平均值和标准差） |
在植物中，经常观察到抗坏血酸等水溶性抗氧化剂（还原剂）的积累，但在成年雄性红蜻蜓中，抗氧化剂被合成并积累，人们认为它们可能参与了红色素的还原。因此，当我们用水提取蜻蜓的皮肤并检查抗氧化剂的存在时，我们发现成年雄性蜻蜓含有大量的抗氧化剂（图5）。此外，当鉴定这种抗氧化剂时，发现还原的奥莫色素本身就是男性中含有的抗氧化剂的主要成分。
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图5氧化还原电流测量结果
已证实红色成熟雄性体内的抗氧化剂含量很高 |
在许多红蜻蜓中，只有雄性蜻蜓会变成红色，传统上认为这是一种结婚颜色，以识别和吸引性成熟的雄性。然而，这项研究提出了一种可能性，即当雄性红蜻蜓留在阳光下并建立领地时，它们还发挥着另一种功能：减少紫外线引起的氧化应激。
这次，揭示了红蜻蜓一种以前未知的体色变化机制，即红蜻蜓在成熟时通过改变内部色素的氧化还原状态来改变体色。变红的蜻蜓的细胞中具有抗氧化状态，并且红蜻蜓标本在相当长的时间内保持红色，这表明它们具有某种机制来维持色素的还原状态。通过阐明其机制，或许可以对抗氧化作用有新的认识。
从现在开始，下一代测序仪进行全面的基因表达分析并阐明红蜻蜓体色变化的分子机制，我们计划阐明有效进行抗氧化反应并维持这种状态的机制。将来，这可能会导致利用天然抗氧化剂的配方的开发。