四眼鱼通过腹侧视网膜发育性扩展与视蛋白表达区域性重构进化空中视觉能力

《Nature Communications》：Evolutionary remodeling of the ventral retina enables aerial vision in the four-eyed fish Anableps anableps

摘要

进化创新的出现仍是生物学领域的一大核心挑战，尤其对于脊椎动物眼睛这类复杂器官而言。在此，我们以四眼鱼Anableps anableps为研究对象，探索其适应同时感知空中与水下视觉的机制。单核与空间转录组学分析揭示，负责处理空中光线的腹侧视网膜在发育过程中显著扩展，并表现出区域特异性的视蛋白表达模式。腹侧PR1视锥细胞表达opn1mw2，而非背侧所表达的长波敏感的opn1lw旁系同源物。机器学习预测表明，Opn1mw2相较于Opn1mw1发生了红移，但相对于背侧Opn1lw色素仍保持蓝移。背腹模式形成标记物进一步显示，腹侧视网膜身份存在过表达现象。对发育期和成年Anableps及鳉鱼进行的空间特征比较分析表明，视网膜边界发生背侧移位，从而形成了一个比例更大的腹侧区域。综上所述，Anableps通过腹侧视网膜的发育性扩展以及在保守视锥细胞亚型内部视蛋白表达的区域性重构，进化出了空中视觉能力。