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        生物發(fā)光梳狀果凍開始揭示視覺的進化

        發(fā)光和探測光線的生物發(fā)光海洋生物為視線的進化提供線索,并可能及時揭示我們對眼疾的理解。發(fā)表在12月21日的BMC Biology [biomedcentral.com]上的研究已經(jīng)確定了在這個生物體中制造和感知光的基因。

        梳狀果凍,也稱為櫛水母,是在5億多年前進化而來的。它們是最早的后生動物之一,由所有多細胞動物組成。最大長度為5英寸,它們是使用纖毛進行運動的最大動物。櫛水母在世界所有海洋中都有發(fā)現(xiàn),并且最近侵入了黑海,里海和波羅的海,它們被認(rèn)為是害蟲,因為它們捕食魚類幼蟲。這項研究的主題是一種稱為Mnemiopsis leidyi的梳狀果凍,它生活在東部沿海,從緬因州到佛羅里達州。

        生物發(fā)光梳狀果凍開始揭示視覺的進化

        該研究由Andy Baxevanis博士及其在國家人類基因組研究所(NHGRI)基因組技術(shù)分部的小組進行。他們的研究結(jié)果基于Mnemiopsis leidyi的全基因組,該組最近對其進行了測序,組裝和注釋。Baxevanis博士和他的團隊將很快發(fā)表一項研究,分析生物體的基因組,第一個生物發(fā)光動物和第一個有全基因組序列的ctenophore物種。

        “梳狀果凍非常漂亮,”該論文的第一作者,Baxevanis博士團的博士后研究員Christine E. Schnitzler博士說。“當(dāng)光線從光纖中反射出來時,會產(chǎn)生彩虹色。但這與生物發(fā)光不同,你只能在黑暗中看到它。”

        梳狀果凍產(chǎn)生光的能力來自產(chǎn)生發(fā)光蛋白的基因。涉及光產(chǎn)生的兩種類型的化學(xué)物質(zhì),稱為熒光素和熒光素酶,在發(fā)光蛋白中結(jié)合在一起。當(dāng)鈣添加到系統(tǒng)中時,可以觸發(fā)該分子產(chǎn)生光。光蛋白在幾分之一秒內(nèi)發(fā)出非常明亮的光。在動物中,這可以轉(zhuǎn)化為在動物上下運動的令人印象深刻的燈光顯示。

        雖然研究人員希望在梳狀果凍中找到發(fā)光蛋白,但他們并沒有發(fā)現(xiàn)10種不同的發(fā)光蛋白在基因組中聚集成兩組。研究人員認(rèn)為,擁有多個發(fā)光蛋白基因可使動物產(chǎn)生更大量的發(fā)光蛋白,并迅速發(fā)出更多光。

        “這些蛋白質(zhì)是串聯(lián)排列的,意味著它們是一個接一個地排列,”施尼茨勒博士說。“這對于進化生物學(xué)家來說很有吸引力,因為這意味著這些發(fā)光蛋白會以某種方式進化為一組。”

        研究人員發(fā)現(xiàn),發(fā)光發(fā)光蛋白與opsin基因位于同一細胞中,opsin基因是動物中最原始的光探測器類型。所有動物都使用視蛋白來捕捉光子,并且在一個ctenophore中發(fā)現(xiàn)一種功能性視蛋白,這表明它們在整個動物進化過程中都得到了保護。

        視網(wǎng)膜蛋白基因和發(fā)光蛋白的共定位可能為動物帶來優(yōu)勢:它可能是一種反饋機制,可以使梳狀果凍保持適量的生物發(fā)光,或者它可以增強生殖或防御能力,Schnitzler博士建議。

        Opsins也位于頂部感覺器官附近,該感覺器官位于嘴對面。頂端感覺器官包含大的感覺纖毛,有助于保持適當(dāng)?shù)拇怪狈较蚧蚋淖冇斡痉较颉?/p>

        Baxevanis博士認(rèn)為,使用針對早期動物(如梳狀果凍)的比較基因組方法有更廣泛的背景。

        “這項研究為我們從非傳統(tǒng)模式生物體中學(xué)到的東西提供了一個很好的例子,”Baxevanis博士說。“為了掌握視覺的進化,我們首先需要了解蛋白質(zhì)家族的發(fā)展,如發(fā)光蛋白和視蛋白。這些生物也可以幫助我們弄清楚特定疾病相關(guān)基因在什么時間點出現(xiàn)。”

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