视紫红质广泛存在于各种脊椎动物的眼睛中,介导脊椎动物暗视觉,即在光线较暗的地方,辨别不出物体的颜色,但是可以看出物体的形状。脊椎动物早期生活环境相似,在浅水区域生活。但是现生物种生活环境不同,这会促使机体对环境产生适应性变化,导致视紫红质功能发生改变。现目前可采用两种实验手段对视紫红质的功能从两个层面上进行研究,一种是用光谱法,研究视紫红质可见光范围即最大吸收峰值;另一种是用非光谱法,测量曝光后的视紫红质中11-顺式视黄醛与席夫碱的解离速率(视黄醛释放速率、半衰期t_1/2),研究对暗环境的适应能力。视紫红质根据吸收峰大致可分为3类,即表面（最大吸收峰值范围为500–507 nm）,中间（最大吸收峰值范围为490–495 nm）和深海（最大吸收峰值范围为～480–485 nm）。大部分脊椎动物中,包括鸟类、鱼类、两栖类、爬行类、哺乳类,视紫红质的最大吸收峰值均为500 nm左右,变化相对较小,功能相对保守。在水环境中,栖息地的多样性是水生物种视觉基因进化的驱动力。在深海中由于长波长携带的能量较低,无法传播至深水区域,导致深海环境光线极其暗,使栖息在深海环境的物种视紫红质最大吸收峰值发生蓝移。在鸟类现生物种中共有40个目,生活习性多种多样,但唯独企鹅类物种具备潜水习性,且部分物种适应深海环境。为了更加广泛适应潜水生活,企鹅以丧失飞行能力为代价,极大程度改善了其水下运动能力。如帝企鹅潜水范围通常在10–200 m,最深可达444 m,潜水时间最长可达24.3 min。为了探究企鹅快速潜至深海环境,到再从深海环境下快速潜至水平面的过程中,企鹅眼睛中的视紫红质是否对光有特殊的适应性,我们以研究企鹅视紫红质功能为主,进行体外验证实验,探寻企鹅类物种在起源及发展过程中视紫红质的功能演变及其分子进化机制,为今后研究水鸟视觉遗传和进化的分子基础提供一定参考依据。首先,我们表达了3种企鹅的视紫红质（斑嘴环企鹅、帝企鹅和阿德利企鹅）,2种对照物种视紫红质（朱鹮和鸬鹚）。我们用光谱法进行体外功能验证时发现,企鹅物种视紫红质最大吸收峰值较朱鹮、鸬鹚最大吸收峰值相比并无显著差异,最大吸收峰值范围仅为497–501 nm,企鹅物种中的视紫红质最大吸收峰值并未发生蓝移。有趣的是,当用非光谱法测量时,我们发现这3种企鹅的视紫红质视黄醛释放速率明显快于朱鹮和鸬鹚,且帝企鹅和阿德利企鹅的视紫红质视黄醛释放速率快于斑嘴环企鹅。其次,为了研究企鹅类物种视紫红质在进化过程中的分子机制,我们在NCBI数据库中下载了所有鸟类完整编码区的RH1基因序列进行分子进化分析从而推算祖先序列,并且表达了企鹅类物种祖先蛋白及企鹅目和鹈形目、鲣鸟目的共同祖先蛋白进行功能验证。实验结果表明,企鹅在祖先状态时视紫红质视黄醛释放速率便已发生改变,为了更好适应潜水生活,企鹅类物种的视紫红质视黄醛释放速率变快。这说明企鹅快速潜至深海环境,到再从深海环境快速潜至水平面的过程中,企鹅眼睛中的视紫红质对光已产生特殊的适应性。由于近期企鹅基因组计划的完成,我们又将未添加的企鹅物种序列加至原有序列中,重新进行分子进化分析并推算祖先序列,最后表达了企鹅类物种祖先视紫红质并且加以验证。结果表明,此次推算的祖先视紫红质视黄醛释放速率与之前推算结果一致,表明对企鹅祖先视紫红质的推断可靠。最后,为了明确帝企鹅、阿德利企鹅视紫红质视黄醛释放速率较祖先状态快的分子机制,我们对帝企鹅视紫红质的第194号位点氨基酸进行定点突变（P194L）,结果表明194号位点是导致帝企鹅、阿德利企鹅视紫红质视黄醛释放速率较企鹅祖先状态快的关键性位点,这是首次报道该位点影响视紫红质视黄醛释放速率。