脊椎动物的视网膜中存在五类与视觉相关的视色素（visual pigment），分别包括暗视觉（视杆细胞）相关的视紫红质（RH1），以及与明视觉（视锥细胞）相关的SWS1，SWS2，RH2以及M/LWS视色素。但是，在哺乳纲单孔目（Monotremata）和爬行纲鳄形目（Crocodilia）起源的过程中，绿光敏感的RH2视色素和紫外光敏感的SWS1视色素分别丢失。因此，在这两类动物的感光细胞中仅存在RH1（暗视觉），SWS2（蓝光敏感）和M/LWS（红/绿光敏感）三种视色素。但是，两类动物视觉能力的演化历史及其适应性意义仍不清楚。
本研究通过分子进化分析以及视色素功能测定，揭示了单孔类和鳄类几种视色素的表型及其演化历史。其中，两类动物视紫红质的视黄醛释放速率相比各自祖先均发生了显著加快，这表明单孔类和鳄类祖先的暗视觉发生了趋同进化，其视紫红质表型的演变可能与适应更多的晨昏阶段活动有关。另外，两类动物的SWS2视色素均对蓝光敏感（427-444 nm）。因此，SWS2视色素的保留可能与它们适应晨昏阶段的光环境（~450 nm）有关，而紫外视觉（SWS1视色素）的丢失可能与避免这一阶段更强的紫外线对其视网膜的损伤有关。最后，通过定点突变实验，进一步揭示了三个关键氨基酸替代（V11I，L84H和F88L）在单孔类视紫红质表型演变的过程中起主要作用。
该研究成果于近期发表在一区期刊Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences《英国皇家学会会刊B辑》，题为“Convergent evolutionary shifts in rhodopsin retinal release explain shared opsin repertoires in monotremes and crocodilians”。beat365官网2020级硕士研究生郭金蕖和博士研究生迟海为论文共同第一作者，刘洋教授和英国伦敦大学玛丽王后学院Stephen Rossiter教授为论文共同通讯作者。本研究得到国家自然科学基金面上项目、中央高校基本科研业务费重点项目以及陕西省自然科学基础研究计划等项目的资助。
论文链接：https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspb.2023.0530
