圖片下載：右鍵此處另存為可保存此圖片
?提示：歡迎點(diǎn)擊上方「PaperRss」↑關(guān)注我們！
Craig Montell在他的辦公室，顯示器上是他實(shí)驗(yàn)室的一些模型生物(圖片來(lái)源: Matt Perko)
進(jìn)化是修補(bǔ)匠，不是工程師?！斑M(jìn)化不會(huì)從零開始產(chǎn)生新奇的東西?！?977年諾貝爾獎(jiǎng)得主Fran?ois Jacob寫道，生物學(xué)家們繼續(xù)認(rèn)為這是正確的。
由加州大學(xué)圣巴巴拉分校的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一組科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，多種視蛋白蛋白（幾十年來(lái)被認(rèn)為是視覺(jué)所必需的），也有味覺(jué)受體的功能。這一發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《當(dāng)代生物學(xué)》雜志上，它研究了一種不依賴光的視蛋白，并對(duì)這些蛋白質(zhì)在古代生物體內(nèi)的作用提出了疑問(wèn)。
“這是視蛋白在味覺(jué)或任何形式的化學(xué)感覺(jué)中所起作用的第一個(gè)例子，”分子、細(xì)胞和發(fā)育生物學(xué)的杰出教授、合著者 Craig Montell 說(shuō)。
19世紀(jì)晚期，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了視紫紅質(zhì)的感光作用視紫紅質(zhì)是一種結(jié)合在視網(wǎng)膜上的視蛋白，是維生素A的一種形式。從那以后，視紫紅質(zhì)成為研究最多的感受器。 直到最近，研究人員認(rèn)為視紫紅質(zhì)蛋白家族只參與了光接收。然而，在2011年，Montell 和他的同事發(fā)現(xiàn)，一種視蛋白使果蠅黑腹果蠅能夠在其舒適范圍內(nèi)檢測(cè)到微小的溫度變化。
動(dòng)物有多種對(duì)外界刺激作出反應(yīng)的感覺(jué)蛋白。有些需要強(qiáng)烈的刺激，如滾燙的熱，才能激活。視紫紅質(zhì)能夠?qū)Ψ浅＜?xì)微的變化或非常低水平的刺激做出反應(yīng)——比如在非?；璋档墓饩€條件下——然后引發(fā)分子級(jí)聯(lián)反應(yīng)，放大信號(hào)，最終激活感官反應(yīng)。
Montell實(shí)驗(yàn)室的研究人員使用馬兜鈴酸（在一些植物中發(fā)現(xiàn)的一種有毒的苦味化合物）來(lái)研究果蠅的味覺(jué)感受器。高濃度的這種苦味化學(xué)物質(zhì)通過(guò)直接打開一種叫做TRPA1的通道蛋白來(lái)激活果蠅的味覺(jué)神經(jīng)元，這種通道蛋白可以讓鈣和鈉進(jìn)入細(xì)胞。這就使動(dòng)物們避免苦味。然而，果蠅甚至可以避免高稀釋度的馬兜鈴酸，這個(gè)被稀釋的信號(hào)強(qiáng)度不足以打開信號(hào)通道。
Montell和主要作者Nicole Leung最近完成了她在加州大學(xué)圣巴巴拉分校的博士前研究，他們懷疑視蛋白分子可能也在通過(guò)信號(hào)放大過(guò)程探測(cè)微妙的化學(xué)信號(hào)。
他們讓果蠅在單獨(dú)食用糖和加入稀釋馬兜鈴酸的糖之間做出選擇。不出所料，果蠅拒絕了含有苦味化學(xué)物質(zhì)的糖而吃了純糖。
然后，科學(xué)家們培育不能合成視蛋白的突變體果蠅。他們發(fā)現(xiàn)，在三種視蛋白中任何一種有缺陷的果蠅都無(wú)法檢測(cè)到這種小濃度的酸，而且它們攝入的含這種苦味化合物的糖幾乎與純糖一樣多。然而，突變的動(dòng)物仍然對(duì)大量的苦味化合物敏感，他們繼續(xù)避免這種化合物。根據(jù)Montell的說(shuō)法，大量的苦味化學(xué)物質(zhì)直接激活了TRPA1通道，而TRPA1通道在沒(méi)有視蛋白的果蠅體內(nèi)仍然存在。
研究小組發(fā)現(xiàn)，馬兜鈴酸通過(guò)與視蛋白結(jié)合的方式激活了視蛋白，而視蛋白與視蛋白結(jié)合的方式與視蛋白結(jié)合的方式相同。就像在非常微弱的光線下激活視蛋白一樣，化學(xué)激活的視蛋白隨后啟動(dòng)分子級(jí)聯(lián)，放大小信號(hào)。這使得果蠅能夠檢測(cè)到這種化合物的濃度，否則它們的感覺(jué)神經(jīng)元將不足以產(chǎn)生反應(yīng)。
研究小組發(fā)現(xiàn)，馬兜鈴酸通過(guò)與視網(wǎng)膜中視紫紅質(zhì)相同的位點(diǎn)結(jié)合而激活這些視蛋白。 就像視紫紅質(zhì)在微弱光線下被激活一樣，化學(xué)激活的視蛋白隨后啟動(dòng)了一個(gè)分子級(jí)聯(lián)，放大了微小的信號(hào)。 這使果蠅能夠檢測(cè)到這種化合物的濃度，否則這種化合物不足以觸發(fā)它們感覺(jué)神經(jīng)元的反應(yīng)。
“視紫紅質(zhì)早在19世紀(jì)70年代就被發(fā)現(xiàn)了，” Montell說(shuō)，“所以在150年后發(fā)現(xiàn)視蛋白在味覺(jué)上有作用是非常令人興奮的。”
Montell推測(cè)，化學(xué)感受可能是視蛋白最初的作用。他說(shuō)，化學(xué)物質(zhì)的接收比光的接收更能滿足生命的基本需求。知道該吃什么和避免哪些危險(xiǎn)的化學(xué)物質(zhì)，比探測(cè)光線的能力有更古老的生存功能。他大膽地說(shuō)，視網(wǎng)膜與視蛋白結(jié)合并賦予視蛋白光感也許是偶然的。
繼2011年Montell發(fā)現(xiàn)視蛋白在溫度感覺(jué)中起作用之后，另一個(gè)研究小組發(fā)現(xiàn)視蛋白在果蠅的聽覺(jué)中起作用。 現(xiàn)在，隨著視蛋白也是味覺(jué)受體的論證，Montell 懷疑它們可能還參與了其他的感官。
“在每種情況下，它們都提供了一種機(jī)制，通過(guò)啟動(dòng)放大級(jí)聯(lián)反應(yīng)來(lái)感應(yīng)低水平的刺激，”他說(shuō)。
這一新發(fā)現(xiàn)可能不僅僅局限于科學(xué)家們研究的果蠅。Montell說(shuō):“結(jié)果可能是視蛋白在哺乳動(dòng)物中代表了一種新的味覺(jué)受體，包括人類?！泵商貭柕难芯啃〗M目前正在研究這一假設(shè)。
文獻(xiàn)來(lái)源:
Nicole Y. Leung et al, Functions of Opsins in Drosophila Taste, Current Biology (2020).
https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(20)30112-3
新聞報(bào)道來(lái)源：
https://phys.org/news/2020-04-scientists-class-receptors.html
作者：Harrison Tasoff, University of California - Santa Barbara
譯文校稿：LuLu
圖片下載：右鍵此處另存為可保存此圖片
版權(quán)作品，未經(jīng)PaperRSS書面授權(quán)，嚴(yán)禁轉(zhuǎn)載，違者將被追究法律責(zé)任。
溫馨提示：
????為方便PaperRSS粉絲們（目前人數(shù) 3.5W+）科研、就業(yè)等話題交流。PaperRSS微信公眾平臺(tái)特建立了全國(guó)博士專業(yè)交流群。群成員主要為美國(guó)、歐洲、日本、清華北大、中科院名校、地方大學(xué)碩博在讀生以及企業(yè)經(jīng)理，HR；涉及各學(xué)科領(lǐng)域方向。歡迎各位加小編微信號(hào)（IGDB2010）申請(qǐng)加入。PaperRSS為你打造一個(gè)高質(zhì)量的科研、就業(yè)交流圈，PaperRSS與你一起揚(yáng)帆起航。溫馨提示：進(jìn)群請(qǐng)備注一下（姓名-單位-研究方向；此外，若高?；蚩蒲袉挝?、企業(yè)（含博士后）想在此平臺(tái)發(fā)布博士、博士后招聘、推送實(shí)驗(yàn)室最新科研成果等信息，可以后臺(tái)聯(lián)系小編，微信號(hào)同上。
