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昆明动物所揭示翼手目暗视觉适应性机制

翼手目(蝙蝠)是夜行性动物,在不同的蝙蝠种类中存在着显著的感觉分化:食虫蝙蝠主要依赖回声定位来导航、捕食,其眼睛退化,而旧大陆果蝠没有回声定位能力,其眼睛很发达,主要依赖视觉和嗅觉来寻找食物。


前期研究中,中国科学院院士、中国科学院昆明动物研究所研究员张亚平课题组发现视觉通路中CRX,RHO和SAG这三个基因在旧大陆果蝠和墓蝠(食虫蝙蝠,视觉未退化)中发生了趋同进化,提示复杂性状的适应性进化需要一系列基因参与。

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为进一步系统地揭示翼手目暗视觉适应性机制,昆明动物所张亚平课题组与胡新天课题组、中科院武汉物理与数学研究所研究员徐富强课题组联合攻关,并在副研究员沈永义的带领下,博士研究生刘鹤群、魏景宽和李博首先利用锰离子增强磁共振成像(MEMRI)技术扫描蝙蝠大脑结构,对比各种蝙蝠视觉和听觉系统的结构差异,发现旧大陆果蝠具有较大的上丘(参与视觉信息处理),其上下丘体积比约3:1,食虫蝙蝠具有较大的下丘(参与听觉信息的处理),其上下丘体积比约为1:7,揭示了翼手目动物暗视觉分化的脑结构基础。


随后,利用闪光诱发电位技术对蝙蝠的视觉能力进行了量化,发现它们绝对光感知阈值为:旧大陆果蝠>墓蝠>中菊头蝠(小蝙蝠亚目,回声定位),反映这些不同蝙蝠物种的视觉能功能的差异。最后,利用转录组测序技术(RNA-seq)对5种蝙蝠的视网膜转录组进行测序,从序列变异(正选择、趋同/平行进化)和表达两方面进行了适应性信号检测,并发现墓蝠眼部基因的转录组水平表达模式和狐蝠科更为相近。


这项研究从结构、功能和分子机制等多角度系统地阐述了翼手目暗视觉分化的机制,为复杂性状的适应性机制的研究提供了示范。


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