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生物发光梳状果冻开始揭示视觉的进化

2018-12-23 10:40:54 • 来源：

发光和探测光线的生物发光海洋生物为视线的进化提供线索，并可能及时揭示我们对眼疾的理解。发表在12月21日的BMC Biology [biomedcentral.com]上的研究已经确定了在这个生物体中制造和感知光的基因。

梳状果冻，也称为栉水母，是在5亿多年前进化而来的。它们是最早的后生动物之一，由所有多细胞动物组成。最大长度为5英寸，它们是使用纤毛进行运动的最大动物。栉水母在世界所有海洋中都有发现，并且最近侵入了黑海，里海和波罗的海，它们被认为是害虫，因为它们捕食鱼类幼虫。这项研究的主题是一种称为Mnemiopsis leidyi的梳状果冻，它生活在东部沿海，从缅因州到佛罗里达州。

生物发光梳状果冻开始揭示视觉的进化

该研究由Andy Baxevanis博士及其在国家人类基因组研究所(NHGRI)基因组技术分部的小组进行。他们的研究结果基于Mnemiopsis leidyi的全基因组，该组最近对其进行了测序，组装和注释。Baxevanis博士和他的团队将很快发表一项研究，分析生物体的基因组，第一个生物发光动物和第一个有全基因组序列的ctenophore物种。

“梳状果冻非常漂亮，”该论文的第一作者，Baxevanis博士团的博士后研究员Christine E. Schnitzler博士说。“当光线从光纤中反射出来时，会产生彩虹色。但这与生物发光不同，你只能在黑暗中看到它。”

梳状果冻产生光的能力来自产生发光蛋白的基因。涉及光产生的两种类型的化学物质，称为荧光素和荧光素酶，在发光蛋白中结合在一起。当钙添加到系统中时，可以触发该分子产生光。光蛋白在几分之一秒内发出非常明亮的光。在动物中，这可以转化为在动物上下运动的令人印象深刻的灯光显示。

虽然研究人员希望在梳状果冻中找到发光蛋白，但他们并没有发现10种不同的发光蛋白在基因组中聚集成两组。研究人员认为，拥有多个发光蛋白基因可使动物产生更大量的发光蛋白，并迅速发出更多光。

“这些蛋白质是串联排列的，意味着它们是一个接一个地排列，”施尼茨勒博士说。“这对于进化生物学家来说很有吸引力，因为这意味着这些发光蛋白会以某种方式进化为一组。”

研究人员发现，发光发光蛋白与opsin基因位于同一细胞中，opsin基因是动物中最原始的光探测器类型。所有动物都使用视蛋白来捕捉光子，并且在一个ctenophore中发现一种功能性视蛋白，这表明它们在整个动物进化过程中都得到了保护。

视网膜蛋白基因和发光蛋白的共定位可能为动物带来优势：它可能是一种反馈机制，可以使梳状果冻保持适量的生物发光，或者它可以增强生殖或防御能力，Schnitzler博士建议。

Opsins也位于顶部感觉器官附近，该感觉器官位于嘴对面。顶端感觉器官包含大的感觉纤毛，有助于保持适当的垂直方向或改变游泳方向。

Baxevanis博士认为，使用针对早期动物(如梳状果冻)的比较基因组方法有更广泛的背景。

“这项研究为我们从非传统模式生物体中学到的东西提供了一个很好的例子，”Baxevanis博士说。“为了掌握视觉的进化，我们首先需要了解蛋白质家族的发展，如发光蛋白和视蛋白。这些生物也可以帮助我们弄清楚特定疾病相关基因在什么时间点出现。”

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