西南大学教授夏庆友团队教授王翊课题组通过多维组学联用，揭示了蜘蛛大壶状腺三阶合成牵引丝纤维的分子机制图谱，绘制了全球首张蛛丝形成机制的分子细胞图谱。近日，相关研究成果在线发表在《自然—通讯》上。

科研所研究的蜘蛛 课题组供图

棒络新妇蜘蛛基因组结构特征 课题组供图

蜘蛛牵引丝具有非凡的机械性能和巨大的仿生应用潜力，被誉为自然界中的“生物钢”，是一种由大壶状腺合成分泌的蛋白质类丝纤维，可广泛应用于生物医学、国防军工、高强度复合材料等领域。然而，大壶状腺在牵引丝合成分泌过程中所发挥的生物学功能仍未可知。

在该研究中，作者率先构建出棒络新妇蜘蛛染色体级高质量基因组，基因组大小为2.63GB，注释获得37607个蛋白质编码基因。发现大壶状腺丝蛋白基因具有成两簇分布于染色体的重要特征。通过多组学联用分析，该研究揭示了蛛丝蛋白、有机酸、脂类和几丁质在这大壶状腺尾部、囊腔、导管三段中的层级合成模式,并首次完成了蜘蛛大壶状腺的单细胞图谱和空间转录组图谱绘制，定义了组成大壶状腺的10种细胞类型，揭示了丝腺发生与发育的分子机制。

为了探索泌丝器官基础生物学功能的普适性，该研究将蜘蛛大壶状腺与模式泌丝动物家蚕的丝腺进行多维度组学比较分析，发现它们具有趋同进化的三段式丝腺组织结构、同源基因表达模式、丝纤维的蛋白质和代谢物组成。研究通过对家蚕的遗传操作验证了趋同特征对泌丝不可或缺，是动物丝纤维形成的基本要素。
该研究全面且多维度地揭示了蜘蛛牵引丝三阶合成的生物学机制。研究取得的结果及数据集为研究蜘蛛起源与进化、解析牵引丝性能决定因素、创制蜘蛛化蚕丝素材提供了关键理论基础。

据悉，西南大学前沿交叉学科研究院生物学研究中心副教授胡文波与博士研究生贾安强为论文共同第一作者，该中心教授马三垣和西南大学生命科学学院教授张志升为项目完成做出了重要贡献。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-023-36545-6