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视觉是动物接收周围环境信息最重要的方式之一。尽管不同的动物为了适应各自的生活环境而进化出各式各样的视觉器官,但它们都需要利用同一类物质--视觉色素来感知环境中的光信号。视觉色素中包含一个可发生光异构的发色团和一个与其共价结合的蛋白结构,即视蛋白。视蛋白是G蛋白耦联受体家族的成员,具有七个位于发色团周边的跨膜域。视蛋白跨膜域中氨基酸残基与发色团的相互作用会调节视觉色素的光谱敏感性。为了分辨颜色,动物需要拥有敏感波长不同的多种视觉色素,而视觉色素的最大吸收波长主要是由所包含视蛋白的氨基酸序列来决定的。 视蛋白家族具有众多的成员,其中既包括与视觉形成相关的视蛋白,也包括视觉系统以外的视蛋白。脊椎动物与无脊椎动物的视觉系统由不同类别的感光细胞组成,它们所拥有的视蛋白也分别属于纤毛类视蛋白和感杆类视蛋白两个大类。脊椎动物的视觉视蛋白根据所分布细胞和敏感波长的不同可以分为五类,而昆虫及其他无脊椎动物中也同样具有若干敏感波长不同的视蛋白类别。 为了能够正常行使功能,视蛋白具有一系列保守的结构特点。通过分析蛋白结构与这些特殊位点的氨基酸残基类型,我们可以判断一个类似于视蛋白的蛋白质是否的确是具有功能的视蛋白。另外一些位点则影响到视蛋白所在视觉色素的光谱敏感性,我们可以根据这些位点来推断视觉色素的敏感波长,进而了解某种动物是否能分辨颜色以及它具有怎样的视觉系统。 动物的视觉如何适应暗光环境是一个受到广泛关注的问题。从视蛋白角度来说,在暗光环境下生活的脊椎动物的视蛋白基因承受较低的选择压力,进而积累突变并失去功能,从而引起视蛋白类别的缺失。而无脊椎动物中这种情况较少见,但也存在类似的个例。失去功能的往往是短波敏感的视蛋白,因为暗光环境下往往缺少短波长的光信号。 大部分对无脊椎动物的视蛋白研究都是以昆虫为材料的,而蜘蛛是节肢动物门中与昆虫距离最远的一支。蜘蛛的视觉器官是由单眼构成的,也不同于昆虫的复眼。早期的研究表明蜘蛛可能具有分辨颜色的能力,而生理学研究也证明蜘蛛具有不同光谱敏感性的感光细胞。对跳蛛的研究发现了三种类似于其他节肢动物视蛋白的序列,表明蜘蛛的视觉系统包含有紫外敏感和可见光敏感的视蛋白。 本文使用洞穴蜘蛛Telemacordata作为材料,尝试获得其体内表达的视觉视蛋白,进而研究其视觉对长期暗光生活的适应。我们使用RT-PCR和RACE在Telemacordata和两种参考用的昼行蜘蛛中共获得了五种视蛋白编码序列,序列比对和系统发育分析表明这些序列与跳蛛已知的两类视蛋白序列高度相似,分别编码对可见光和紫外光敏感的视蛋白。Telemacordata中只获得了一种可见光敏感的视蛋白,表明这类蜘蛛中可能因为对暗光环境的适应而产生了紫外敏感视蛋白的功能缺失。选择压力分析表明这种视蛋白在Telemacordata中受到净化选择作用,暗示其具有其他的重要功能。