这条色盲的斑马鱼告诉你色觉是如何进化的

　　

东京大学的研究团队通过斑马鱼的研究发现了一些动物如何调节它们看到蓝光的能力。这项成果于近日发表在《Science Advances》杂志上，让人们能够更好地了解色觉的进化历史和调节机制。

东京大学理学部的Yoshitaka Fukada教授表示：“在1989年我开始研究视觉的进化时，教科书上说光敏性和辨色力都来自同一种蛋白质。从那时起，我们的团队鉴定出感色蛋白，绘制了它们在各个物种之间的进化图，现在来了解它们的调节机制。”

大多数脊椎动物保留四色视觉系统，可区分四种不同颜色的光：近紫外、蓝色、绿色和红色。随着对颜色敏感的视锥细胞在眼睛中生长，每个细胞会分化并产生一种专门检测特定波长的蛋白质。

几千年来，一些祖先物种失去了负责产生一到两种感色蛋白的基因。有时，后代物种通过重复和突变剩余基因，最终重新创造出感受特定颜色的蛋白质。基因组测序可以帮助人们研究色觉基因的进化，而基因编辑工具可以揭示这些基因是如何被调节的。

通过对小鼠的研究，研究人员弄清了对紫色和红色波长的敏感性是如何调节的，但小鼠在进化过程中失去了区分蓝色和绿色波长的能力。由于缺乏方便的基因编辑工具，人们对蓝色和绿色敏感性的调节仍然是未知的。

2019年，Fukada领导的研究团队将新颖的基因编辑工具与斑马鱼的色觉研究相结合，斑马鱼是一种拥有全部四种感色蛋白的动物。正常斑马鱼的视网膜的显微镜图像显示，荧光标记的视锥细胞有序排列，呈现出紫色、绿色、红色和蓝色的检测模式。

研究人员首先确定了三个基因：six6b、six7和foxq2。这些基因是具有四种色觉蛋白的物种所共有的。然后，他们对斑马鱼进行基因改造，以降低这些基因的活性。

在先前的研究中，他们观察到，降低six6b和six7 的表达（无论是组合还是单独）都消除了斑马鱼的蓝色和绿色视觉。无法感知蓝色和绿色的斑马鱼很难找到食物，表明全色视觉对它们的生存很重要。

在最近的这项研究中，研究人员弄清了不同的foxq2活性如何帮助斑马鱼区分蓝色和绿色。在感知蓝光的视锥细胞中，six6b和six7激活了foxq2。foxq2激活蓝色敏感蛋白（sws2）的基因表达，阻断绿色敏感蛋白的表达。缺乏正常foxq2基因表达的斑马鱼的视网膜则没有对蓝光敏感的视锥细胞。

他们认为，foxq2依赖性的sws2表达是一种高度保守的调节机制，在脊椎动物进化的早期阶段获得。将单个物种的分子遗传研究与多物种的比较基因组研究相结合，使他们对色觉调节图谱更有信心。

共同通讯作者、东京大学的Daisuke Kojima解释说：“从长远来看，这样的关于色觉如何形成的基础生物学研究最终也许有助于治疗色盲。”

###

Yohey Ogawa, Tomoya Shiraki, Yoshitaka Fukada and Daisuke Kojima. Foxq2 determines blue cone identity in zebrafish. Science Advances, 2021 DOI: 10.1126/sciadv.abi9784