LWS有短波長光譜位移,拓展光譜調節範圍

在大多數哺乳動物中,對日光條件的光敏感度是由中/長波長敏感(M / LWS)(通常由短波長敏感視覺(SWS1)和視紫紅質(RH1)來實現的,其色素視蛋白分別由基因OPN1MW / LW,OPN1SW和RHO編碼。儘管有些譜系由於與弱光環境相關的輕鬆選擇而失去了SWS1視蛋白,但M / LWS視蛋白在哺乳動物中具有功能,只有少數例外。

迄今為止的證據表明,雖然其他位點(例如213和294)也可能通過上位相互作用影響光譜調諧,但M / LWS顏料(499 nm至571 nm)的光譜調諧(通過最大靈敏度波長(λmax)測量)主要由五個關鍵位點(位置)的氨基酸同一性控制(180、197、277、285和308)。來自已知關鍵站點的預測λmax值暗示著M / LWS顏料在哺乳動物多樣化過程中的光譜移動,但這些很少得到驗證,並且其生態意義還不清楚。

2020年4月2日,瀋陽農業大學聯合陝西師範大學等在國際權威期刊PNAS上發表題為“Convergent spectral shifts to blue-green vision in mammals extends the known sensitivity of vertebrate M/LWS pigments”的文章,確定了高度分化的哺乳動物進化枝Rodentia中M / LWS顏料的光譜表型,基於序列的預測表明它們具有明顯的短波長光譜位移。


研究發現脊椎動物M / LWS有短波長光譜位移,拓展光譜調節範圍

研究人員通過實驗確定M / LWS的光譜調諧,並顯示出兩個高度不同的分類單元經歷了劇烈的藍綠色移至490 nm。 通過生成突變蛋白確定了導致這些轉變的其他關鍵位點。實驗結果表明五種齧齒動物均對較短波長的光敏感(516、502、504、501和490 nm)。研究人員還發現,儘管擁有完整的開放閱讀框,但一種物種(Damaraland mole-rat)卻未顯示出可讀峰,這暗示著潛在的不穩定色素。

雖然研究人員揭示了分子適應性與生態變化之間的可能聯繫,但它們的日光色覺也由SWS1介導,在介觀條件下也可能由RH1色素介導。為了獲得這些分類單元中視覺表型的更完整圖片,研究人員還在體外表達了這兩種色素,發現兩種SWS1顏料均對紫外線敏感(分別為λmax360和359 nm),並且RH1具有幾乎相同的感光度(502和503 nm)。此外,自祖先狀態以來,SWS1和RH1均未顯示明顯變化。


研究發現脊椎動物M / LWS有短波長光譜位移,拓展光譜調節範圍

該研究結果擴展了脊椎動物M / LWS光譜調節的已知範圍,這可能與相似棲息地中從夜間到較亮光照條件的平行自適應轉變有關。

原文鏈接:https://www.pnas.org/content/early/2020/04/01/2002235117


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