라이브 바카라는 빛 환경에 따라 다른 광 센서를 사용합니다

산업기술종합연구소(AIST) 생물생산 연구소(원장: 다무라 토모히로) 공생 진화 및 생물 기능 연구 그룹의 후타하시 료(선임 연구원) 및 후카츠 다케마(생물 생산 연구소 수석 연구원 및 그룹 리더), 회장: 료지 Chubachi)는 도쿄 농업대학(NODAI) 응용생명과학부의 야지마 슌스케(교수, 총장: 타카노 카츠미), NODAI 게놈 연구 센터의 가와하라 미키 료카(박사후 연구원)와 협력하여 라이브 바카라의 색각에 관련된 광 센서를 암호화하는 매우 다양한 옵신 유전자를 발견했습니다 고등연구대학(SOKENDAI, 총장: 오카다 야스노부) 고등과학부 아리카와 켄타로(교수), 기노시타 미치요(강사) 외

우리 인간은 파란색, 녹색 또는 빨간색 빛에 민감한 세 가지 옵신 유전자를 기반으로 한 삼색성 색각을 가지고 있습니다 옵신 유전자는 색각에 중요한 역할을 합니다 예를 들어, 곤충은 자외선(UV) 빛에 대한 옵신 유전자를 가지고 있어 곤충이 인간에게는 보이지 않는 자외선을 인식할 수 있습니다 많은 동물의 색각에는 3~5개의 옵신 유전자가 관여하는 것으로 알려져 있습니다 이번 연구에서 연구진은 라이브 바카라가 놀라울 정도로 많은(15~33개) 옵신 유전자를 보유하고 있으며 이들 중 대부분이 성체와 유충 사이, 성체 겹눈의 등쪽과 배쪽 영역 사이에서 차별적으로 발현된다는 사실을 발견했습니다 이는 동물의 색각의 다양성과 진화에 관한 새로운 지식입니다

이 라이브 바카라는 미국 과학 저널에 온라인으로 게재되었습니다미국국립과학원의 논문집, 2015년 2월 24일(일본 시간)

비행Anax parthenope, 겹눈이 고도로 발달한

시각은 인간을 포함한 많은 동물에게 매우 중요하며 기초 및 응용 라이브 바카라 분야에서 수많은 라이브 바카라가 수행되었습니다 빛은 눈의 광수용체 세포에서 전기 신호로 변환되고, 이 신호는 뇌에서 처리됩니다 광수용체 세포에서 "광 센서"로 기능하는 옵신 단백질은 옵신 유전자에 의해 암호화됩니다 특정 유형의 옵신 유전자는 특정 파장의 빛에 민감한 "광 센서"를 생성합니다 예를 들어, 인간은 파란색, 녹색 또는 빨간색 빛에 민감한 광 센서에 대한 3개의 옵신 유전자를 보유하고 있으며 보라색에서 빨간색까지의 빛은 볼 수 있지만 UV 빛은 볼 수 없습니다 반면에 꿀벌과 초파리는 자외선을 감지하는 옵신 유전자를 갖고 있지만 적색광은 볼 수 없기 때문에 자외선은 볼 수 있지만 적색광은 볼 수 없습니다 따라서 옵신 유전자는 색각과 밀접한 관련이 있습니다 3~5개의 옵신 단백질이 대부분의 동물의 색각에 관여하는 것으로 생각되어 왔습니다

라이브 바카라는 수천 개의 작은 눈(ommatidia)으로 구성된 겹눈을 가진 강력한 일주 곤충입니다 고추라이브 바카라 등 많은 라이브 바카라는 몸 색깔이 밝습니다 청각과 후각이 퇴화되었기 때문에 다른 곤충에 비해 시각에 더 의존합니다 그러나 라이브 바카라의 색각의 기초가 되는 분자 염기는 광범위하게 연구되지 않았습니다

AIST는 다양한 곤충의 정교한 생물학적 기능을 밝히기 위해 노력해 왔습니다 곤충 체색의 생물학적 기능과 생태학적 중요성에 대해서는 “공생 박테리아가 곤충 체색을 변화시킨다”(2010년 11월 19일 AIST 보도 자료) 및 "고추라이브 바카라의 체색 변화에 대한 분자적 기초"(2012년 7월 10일 AIST 보도 자료).

NODAI는 "생물자원의 게놈 분석 허브"로서 차세대 시퀀서를 사용하여 다양한 유기체의 유전자 분석에 풍부한 경험을 갖고 있습니다 SOKENDAI는 동물의 색각과 관련된 분자 기반 및 생리 현상 분석에서 탁월합니다 라이브 바카라의 색각 다양성의 분자적 기초를 밝히기 위한 이 공동 연구는 각 전문 분야를 활용하는 기관의 팀워크를 통해 달성되었습니다

이 라이브 바카라는 일본 과학진흥회와 교육문화체육과학기술부의 과학 라이브 바카라 보조금의 지원을 받았습니다

고추라이브 바카라 사용Sympetrum frequens, 연구진은 겹눈의 분광 감도를 조사했습니다(그림 1) 라이브 바카라는 한 쌍의 큰 겹눈과 머리에 세 개의 홑눈을 가지고 있습니다 겹눈은 주로 시력을 담당하는 반면, 홑눈은 수평 균형을 유지하는 데 관여합니다(그림 1a) 안에에스 빈도, 겹눈의 등쪽 영역은 배쪽 영역과 구조적으로 다릅니다 등쪽 개눈은 더 큰 면과 주황색 차폐 색소를 갖는 반면, 배쪽 개눈은 더 작은 면과 짙은 보라색 차폐 색소를 가지고 있습니다(그림 1a 및 b) 전기 생리 학적 분석에 따르면 등쪽 눈 영역은 주로 UV (300 nm)와 청록광 (500 nm) 사이의 단파장 범위에 민감한 반면, 복부 눈 영역은 UV에서 적색광 (620 nm)까지 더 넓은 파장 범위에 민감했습니다 (그림 1c) 이 결과는 다음과 같은 색각을 암시합니다에스 빈도겹눈의 등쪽 부분과 배쪽 부분이 다릅니다

그림 1: 성인 겹눈의 형태, 해부학 및 분광 감도Sympetrum frequens (a) 성인 머리의 정면 모습; (b) 겹눈의 단면; (c) 성인 겹눈의 등쪽 및 배쪽 영역의 분광 감도

라이브 바카라의 옵신 유전자 수가 알려지지 않았기 때문에 연구자들은 라이브 바카라의 성체와 애벌레 머리에 대한 포괄적인 전사체 분석을 수행했습니다에스 빈도차세대 시퀀서를 사용하여 그 결과, 무려 20개의 옵신 유전자가 확인되었다(그림 2a) 곤충 옵신 단백질은 아미노산 서열에 따라 시각 옵신과 비시각 옵신의 두 가지 유형으로 분류될 수 있습니다 비주얼 옵신은 UV형, 단파장(SW:청색광)형, 장파장(LW:녹색~적색광)형으로 세분화된다 옵신 유전자에스 빈도는 UV형 1개, SW형 5개, LW형 10개, 비시각형 4개로 분류되었으며, 시각옵신 유전자의 수가 다른 곤충에 비해 유난히 많았다(그림 2a) 더욱이, 다양한 라이브 바카라 종에서 놀랄 만큼 많은 수(15-33)의 옵신 유전자가 확인되었습니다

그림 2: 곤충의 옵신 유전자 수의 진화적 변화와 곤충의 옵신 발현 패턴 요약에스 빈도 (a) 옵신 유전자의 수에스 빈도다양한 곤충 게놈의 게놈과 비교 (b) 성체 겹눈의 등쪽 또는 배쪽 영역, 성체 머리 영역에서 발현되는 옵신 유전자의 수 오셀리를 포함하거나 유충 머리에S 빈도각 유전자는 특정 생활 단계와 특정 지역에서 발현되었습니다

다음으로 라이브 바카라자들은 성체 겹눈의 등쪽 또는 배쪽 영역, ocelli가 포함된 성체 머리 또는 애벌레 머리에서 옵신 유전자의 발현 패턴을 분석했습니다 대부분의 옵신 유전자는 특정 생활 단계와 특정 지역에서만 발현되었습니다 예를 들어, 각각의 옵신 유전자는에스 빈도은 그림 2b와 같이 유충 또는 성충에서 발현되었습니다 또한 성인의 옵신 유전자 대부분은 겹눈의 등쪽 영역, 겹눈의 복부 영역 또는 ocelli 주변 영역의 세 영역 중 하나만 발현되었습니다 (그림 2b) 따라서 라이브 바카라는 성체와 유충 사이뿐만 아니라 성체 겹눈의 등쪽과 배쪽 영역 사이에서도 완전히 다른 유형의 옵신 유전자를 발현했습니다 이러한 차이로 인해 감광도에 차이가 발생할 수 있습니다 4개의 비시각적 옵신 유전자는 유충과 성체 시각 기관에서 거의 발현되지 않았습니다

라이브 바카라 애벌레는 물속에 앉아서 생활하는 반면 성체는 활발하게 공중을 날아다닙니다 따라서 유충은 성인보다 시각적 감각이나 색각에 덜 의존할 것으로 예상됩니다 또한 성체 겹눈의 등쪽 영역은 하늘을 배경으로 한 물체를 인식하는 데 주로 사용되는 반면, 배쪽 영역은 땅 위의 환경, 짝, 먹이를 인식하는 데 주로 사용됩니다

다양한 유형의 빛 환경에 적응하기 위해 라이브 바카라는 단계 및 지역별 방식으로 옵신 유전자를 다양화했을 수 있습니다(그림 3) 유충은 상대적으로 적은 수의 옵신 유전자를 발현하여 시각적 의존성이 덜한 반면, 성체는 겹눈에 많은 옵신 유전자를 발현합니다 또한, 동일한 성인 겹눈에서도 하늘에서 직접적으로 SW 편향된 빛을 인지하는 등쪽 영역은 SW 옵신 유전자를 더 많이 발현하는 반면, 땅에 있는 물체에서 반사된 빛을 인지하는 배쪽 영역은 LW 옵신 유전자를 더 많이 발현한다(그림 2b 및 3)

옵신 유전자의 레퍼토리는 라이브 바카라 종에 따라 다릅니다 따라서 옵신 유전자는 각 종의 서식지나 행동에 따라 진화했을 수 있습니다 예를 들어, 모래 굴을 파는 종의 유충은 유충의 눈에서 SW 옵신 유전자 발현이 부족합니다

그림 3: 옵신 유전자의 차별적 발현에스 빈도

연구원들은 라이브 바카라가 빛 환경의 유형에 따라 다양한 옵신 유전자 세트를 활용한다는 사실을 입증했는데, 이는 옵신 유전자 수의 엄청난 증가를 통해 달성할 수 있습니다 추가 조사를 통해 각 환경에 대해 서로 다른 유전자 세트를 사용하는 것의 이점을 이해할 수 있습니다 각 유전자의 추가 특성화를 통해 다양한 유형의 조명 환경에 대한 적응 메커니즘을 더욱 철저하게 이해할 수 있습니다

라이브 바카라원들은 각 광수용체 세포의 옵신 유전자 발현을 분석하여 유전자의 상세한 특성을 밝히고 색각의 분자적 진화와 다양한 유형의 빛 환경에 대한 적응을 조사할 계획입니다