LWS有短波长光谱位移,拓展光谱调节范围

在大多数哺乳动物中,对日光条件的光敏感度是由中/长波长敏感(M / LWS)(通常由短波长敏感视觉(SWS1)和视紫红质(RH1)来实现的,其色素视蛋白分别由基因OPN1MW / LW,OPN1SW和RHO编码。尽管有些谱系由于与弱光环境相关的轻松选择而失去了SWS1视蛋白,但M / LWS视蛋白在哺乳动物中具有功能,只有少数例外。

迄今为止的证据表明,虽然其他位点(例如213和294)也可能通过上位相互作用影响光谱调谐,但M / LWS颜料(499 nm至571 nm)的光谱调谐(通过最大灵敏度波长(λmax)测量)主要由五个关键位点(位置)的氨基酸同一性控制(180、197、277、285和308)。来自已知关键站点的预测λmax值暗示着M / LWS颜料在哺乳动物多样化过程中的光谱移动,但这些很少得到验证,并且其生态意义还不清楚。

2020年4月2日,沈阳农业大学联合陕西师范大学等在国际权威期刊PNAS上发表题为“Convergent spectral shifts to blue-green vision in mammals extends the known sensitivity of vertebrate M/LWS pigments”的文章,确定了高度分化的哺乳动物进化枝Rodentia中M / LWS颜料的光谱表型,基于序列的预测表明它们具有明显的短波长光谱位移。


研究人员通过实验确定M / LWS的光谱调谐,并显示出两个高度不同的分类单元经历了剧烈的蓝绿色移至490 nm。 通过生成突变蛋白确定了导致这些转变的其他关键位点。实验结果表明五种啮齿动物均对较短波长的光敏感(516、502、504、501和490 nm)。研究人员还发现,尽管拥有完整的开放阅读框,但一种物种(Damaraland mole-rat)却未显示出可读峰,这暗示着潜在的不稳定色素。

虽然研究人员揭示了分子适应性与生态变化之间的可能联系,但它们的日光色觉也由SWS1介导,在介观条件下也可能由RH1色素介导。为了获得这些分类单元中视觉表型的更完整图片,研究人员还在体外表达了这两种色素,发现两种SWS1颜料均对紫外线敏感(分别为λmax360和359 nm),并且RH1具有几乎相同的感光度(502和503 nm)。此外,自祖先状态以来,SWS1和RH1均未显示明显变化。


该研究结果扩展了脊椎动物M / LWS光谱调节的已知范围,这可能与相似栖息地中从夜间到较亮光照条件的平行自适应转变有关。

原文链接:https://www.pnas.org/content/early/2020/04/01/2002235117