该团队研究的蜘蛛。 课题组供图

本报讯（记者温才妃）西南大学教授夏庆友团队与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，并绘制出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于《自然-通讯》。

蜘蛛牵引丝是一种由大壶状腺合成分泌的蛋白质类丝纤维，具有非凡的机械性能和巨大的仿生应用潜力，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发挥的生物学功能仍不清楚。

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，其大小为2.63GB，注释获得37607个蛋白质编码基因。研究发现，大壶状腺丝蛋白基因具有呈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的绘制，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家蚕的丝腺进行了多维度组学比较，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奠定了关键理论基础。

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https://doi.org/10.1038/s41467-023-36545-6