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我國科學家繪出首張蛛絲形成機制分子細胞圖譜

  新華社重慶2月19日電(記者 柯高陽)電影裏的蜘蛛俠抬手噴出蛛絲,這樣的場景未來借由人造蛛絲或將成為可能。記者從西南大學獲悉,該校科研團隊通過揭示蛛絲合成的生物學機制,繪制出首張蛛絲形成機制的分子細胞圖譜,為人工合成蛛絲提供關鍵理論基礎。

  蜘蛛牽引絲是蜘蛛的大壺狀腺合成分泌的蛋白質類絲纖維,由蛛絲蛋白、有機酸、脂類等物質組成,具有良好的機械性能和倣生應用潛力,廣泛應用于生物醫學、高強度復合材料等領域。“天然蛛絲主要來源于蜘蛛結網,且蜘蛛因同類相食的特性難以高密度養殖,從自然界獲取的天然蛛絲産量非常有限。”西南大學種質創制大科學中心教授王翊介紹,長期以來科學界一直希望實現人工合成蛛絲,致力于對蛛絲的合成分泌過程進行研究。

  王翊課題組選取在我國廣泛分布的棒絡新婦蛛為研究對象,構建出這種蜘蛛的染色體級高品質基因組,注釋獲得37607個蛋白質編碼基因。研究發現,蜘蛛的大壺狀腺絲蛋白基因具有成兩簇分布于染色體的重要特徵。課題組對蛛絲蛋白、有機酸、脂類等在大壺狀腺尾部、囊腔、導管三段中的層級合成模式進行解析,首次完成蜘蛛大壺狀腺的單細胞圖譜和空間轉錄組圖譜繪制,揭示了蜘蛛絲腺發生與發育的分子機制。

  “我們進一步研究發現,蜘蛛絲與蠶絲是同一套制作方式,只是‘原材料’和‘後期加工流程’有所不同。”王翊説,將蜘蛛大壺狀腺與家蠶的絲腺進行多維度組學比較分析發現,蜘蛛絲腺的産生物質機制與蠶絲腺相似,二者均由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。

  目前,王翊課題組的相關研究成果已由國際學術期刊《自然·通訊》線上發表。科學界認為,這項研究多維度地揭示了蜘蛛牽引絲三階合成的生物學機制,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。

編輯: 王龍博
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