我國對于家蠶產(chǎn)絲的研究從組織水平跨越到單細(xì)胞水平。6月14日，科技日報記者從西南大學(xué)獲悉，該校家蠶基因組生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室徐漢福教授課題組近日在《自然·通訊》上發(fā)表了題為“家蠶產(chǎn)絲器官的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組圖譜”的論文，研究以單細(xì)胞分辨率揭示了家蠶絲腺的全細(xì)胞異質(zhì)性，并繪制出其基因轉(zhuǎn)錄組圖譜。

這是課題組繼2003年解碼家蠶全基因組DNA遺傳密碼后，從單細(xì)胞維度首次對家蠶產(chǎn)絲器官及其基因表達(dá)動態(tài)進(jìn)行的超高分辨率解析，實(shí)現(xiàn)了家蠶絲腺研究從組織水平到單細(xì)胞水平的跨越。

絲蛋白是大自然賦予人類的一種天然可再生蛋白資源。100多年來，探明家蠶高效產(chǎn)絲以及蠶絲性狀形成的分子基礎(chǔ)，一直是家蠶科學(xué)領(lǐng)域致力突破的關(guān)鍵理論問題。研究解決該問題，對于蠶絲性能改造、分子育種以及方興未艾的絲蛋白多元化、高值化開發(fā)利用具有重要指導(dǎo)意義。

細(xì)胞是生物組織器官最小的功能單位。研究顯示，單個細(xì)胞基因表達(dá)與功能的異質(zhì)性決定細(xì)胞分化狀態(tài)和命運(yùn)，與生物發(fā)生發(fā)展息息相關(guān)。“在單細(xì)胞水平研究單細(xì)胞屬性、細(xì)胞間異質(zhì)性和細(xì)胞類型，能夠更加深入解析家蠶吐絲的內(nèi)在基本機(jī)理，對家蠶的開發(fā)和利用將更加精準(zhǔn)。”徐漢福表示，課題組揭示了家蠶絲腺細(xì)胞的異質(zhì)性以及腺細(xì)胞基因隨時間開啟和關(guān)閉的動態(tài)信息。該成果對今后在單細(xì)胞水平上開展蠶絲蛋白合成調(diào)控研究和家蠶育種素材精準(zhǔn)創(chuàng)制，促進(jìn)以家蠶為模式的產(chǎn)絲蛋白合成調(diào)控及多元化開發(fā)利用研究，具有重大科學(xué)價值。

該研究歷時2年，課題組先后攻克了家蠶完整絲腺樣本的大批量剖取和腺細(xì)胞解離等技術(shù)難關(guān)，累計(jì)解剖胚胎、蟻蠶和一齡眠期的家蠶個體近2萬頭。研究發(fā)現(xiàn)，家蠶絲腺中有10種主要細(xì)胞類群，它們分別執(zhí)行絲素蛋白合成、絲膠蛋白合成、液態(tài)絲纖維化、細(xì)胞重建、絲蛋白代謝、幾丁質(zhì)代謝等功能。

研究人員發(fā)現(xiàn)，絲蛋白基因不但在齡期絲腺細(xì)胞高表達(dá)，在眠期亦有不同程度的表達(dá);眠期絲腺細(xì)胞中基因表達(dá)非?；钴S，一些信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路如蛻皮激素信號通路、“河馬”通路等參與其中，發(fā)揮著調(diào)控絲腺發(fā)育和絲蛋白合成的重要作用。研究人員還深入分析了各細(xì)胞類型隨時間發(fā)育的擬時序變化，通過RNA速率分析探究了在絲腺發(fā)育過程中不同細(xì)胞類型間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系等。

記者 雍 黎