蝙蝠视锥色素的功能与进化研究

来源 :沈阳农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hanleifeng222
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翼手目(俗称:蝙蝠)是哺乳动物中现存的第二大群体。蝙蝠主要栖息于洞穴或者茂密树丛,在夜晚,晨昏出来觅食,所以对蝙蝠感官的研究一直是研究中的热点。蝙蝠属于夜行性动物,所以调控它明视觉的基因短波长敏感1(SWS1)基因和中/长波敏感(M/LWS)基因在蝙蝠夜间生活中能起到什么作用也同样值得我们关注。在过去的一些研究认为,恒频回声定位蝙蝠由于发生了视觉和回声定位之间的感官代偿从而导致SWS1基因的缺失,一部分洞栖的旧大陆果蝠由于长时间生存在暗环境而失去了看见紫外光的能力。除此之外,有功能验证表明,部分蝙蝠对紫外光是敏感的,但是还需要更多代表性的蝙蝠去进行验证。因此,本文先使用生物信息学方法对蝙蝠SWS1基因和M/LWS基因进行分析研究和蝙蝠物种树的构建,再选择部分代表性的蝙蝠进行体外实验的验证。本论文的第一部分是对于蝙蝠紫外视觉的分子进化研究和功能验证。我们从NCBI数据库下载了蝙蝠的SWS1基因序列,使用生物信息学方法进行了分析和蝙蝠物种树的构建,发现SWS1基因对蝙蝠物种具有重要作用。根据分析结果挑选了7个代表性蝙蝠物种进行体外验证实验,其中比较特殊的是小短尾蝠(Mystacina tuberculata),在分析结果中发现小短尾蝠的SWS1视色素有5个关键氨基酸位点的变化,但它的SWS1基因序列并不完整,我们使用有完整SWS1基因序列的小长舌蝠(Leptonycteris yerbabuenae)补全小短尾蝠缺少的部分序列,构建成小长舌蝠和小短尾蝠的嵌合体序列,并进行了体外实验的验证。实验结果表明,6个代表性蝙蝠物种的SWS1视色素对紫外光敏感,最大吸收波长在351 nm-360 nm之间,小短尾蝠(M.tuberculata)的SWS1视色素没有功能。论文的第二部分是对于蝙蝠红/绿色觉的分子进化研究和功能验证。我们从NCBI数据库下载了蝙蝠的M/LWS基因序列,使用生物信息学方法进行了分析和蝙蝠物种树的构建,发现蝙蝠M/LWS基因在其进化过程中高度保守。根据分析结果选取了7个代表性蝙蝠物种进行体外验证实验,实验结果表明,7个代表性蝙蝠物种的M/LWS视色素均有功能,最大吸收波长范围为539 nm-556 nm。以上结果表明红/绿色觉对这7个蝙蝠物种具有重要作用。其中食花蝠、圆耳蝠和巴西犬吻蝠同时验证了SWS1视色素和M/LWS视色素功能,发现这三种蝙蝠的SWS1视色素和M/LWS视色素均有功能,说明色觉对于这三种蝙蝠来说非常重要。本论文通过生物信息学方法对SWS1基因和M/LWS基因的分析,再进行了体外实验的验证,发现在这些代表性蝙蝠物种中紫外视觉和M/LWS视色素在这些蝙蝠中都是有功能的,且功能保守,表明色觉对蝙蝠有着重要作用。但小短尾蝠视色素的功能丧失是否与关键氨基酸位点的变化有关还是嵌合体对其SWS1视色素功能有影响还需要后续的实验加以验证。本论文的研究内容揭示了蝙蝠在进化过程中视锥色素(SWS1和M/LWS)的功能,演化历史和分子机制,为今后蝙蝠的感官演化,尤其是视觉的演化研究提供理论基础。
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