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西南大學教授夏慶友團隊教授王翊課題組通過多維組學聯用，揭示了蜘蛛大壺狀腺三階合成牽引絲纖維的分子機制圖譜，繪制了全球首張蛛絲形成機制的分子細胞圖譜。近日，相關研究成果在線發表在《自然—通訊》上。
科研所研究的蜘蛛 課題組供圖
棒絡新婦蜘蛛基因組結構特征 課題組供圖
蜘蛛牽引絲具有非凡的機械性能和巨大的仿生應用潛力，被譽為自然界中的“生物鋼”，是一種由大壺狀腺合成分泌的蛋白質類絲纖維，可廣泛應用于生物醫學、國防軍工、高強度復合材料等領域。然而，大壺狀腺在牽引絲合成分泌過程中所發揮的生物學功能仍未可知。
在該研究中，作者率先構建出棒絡新婦蜘蛛染色體級高質量基因組，基因組大小為2.63GB，注釋獲得37607個蛋白質編碼基因。發現大壺狀腺絲蛋白基因具有成兩簇分布于染色體的重要特征。通過多組學聯用分析，該研究揭示了蛛絲蛋白、有機酸、脂類和幾丁質在這大壺狀腺尾部、囊腔、導管三段中的層級合成模式,并首次完成了蜘蛛大壺狀腺的單細胞圖譜和空間轉錄組圖譜繪制，定義了組成大壺狀腺的10種細胞類型，揭示了絲腺發生與發育的分子機制。
為了探索泌絲器官基礎生物學功能的普適性，該研究將蜘蛛大壺狀腺與模式泌絲動物家蠶的絲腺進行多維度組學比較分析，發現它們具有趨同進化的三段式絲腺組織結構、同源基因表達模式、絲纖維的蛋白質和代謝物組成。研究通過對家蠶的遺傳操作驗證了趨同特征對泌絲不可或缺，是動物絲纖維形成的基本要素。 該研究全面且多維度地揭示了蜘蛛牽引絲三階合成的生物學機制。研究取得的結果及數據集為研究蜘蛛起源與進化、解析牽引絲性能決定因素、創制蜘蛛化蠶絲素材提供了關鍵理論基礎。
據悉，西南大學前沿交叉學科研究院生物學研究中心副教授胡文波與博士研究生賈安強為論文共同第一作者，該中心教授馬三垣和西南大學生命科學學院教授張志升為項目完成做出了重要貢獻。