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S.西尔维希耶
2014-05-09 22:24
喜爱超级英雄的科幻迷也许都对飞檐走壁的蜘蛛侠印象深刻。而在自然界中，蜘蛛也是极具特点的动物。它们中的许多种类不仅能够制造长而坚韧的蛛丝供捕猎和攀爬，还能够分泌复杂的毒素用于觅食和自卫。近日，来自丹麦奥胡斯大学的一个研究小组利用蛋白质组和转录组的方法对两类具有代表性的蜘蛛——隆头蛛和捕鸟蛛的基因组进行了分析。这一研究成果发表在最新一期的《自然·通讯》杂志上。 研究人员通过基因组学的手段对非洲的一种社会性的隆头蛛（Stegodyphus mimosarum）和一种被称为“巴西白膝头”的捕鸟蛛（Acanthoscurria geniculata）的全基因组进行了测序。“被测序的两种蜘蛛分别代表着两个主要的蜘蛛类群：猛蛛亚目和新蛛亚目。这也许能为我们提供一些关于蜘蛛的普适认识。”文章的共同第一作者杰斯帕·贝奇佳德（Jesper Bechsgaard）对果壳网说，“选择捕鸟蛛的另一个原因是我们团队的一部分研究者研究捕鸟蛛消化液中的蛋白质，基因组序列将为他们提供帮助。而选择隆头蛛是因为我们正试图了解它们的社会行为对基因组的影响。当然，基因组序列也更为进一步研究提供了很好的工具。”
研究者最终得到了丰富的基因组数据：隆头蛛的基因组大小约为2.55GB，编码蛋白的基因为27235个；捕鸟蛛的基因组大小为6.5GB，编码蛋白的基因为73821个。随后，研究者又利用质谱的方法分别从两种蜘蛛体内、蛛丝和毒素中分离蛋白。对于隆头蛛而言，在其体内分离鉴定得到1127种蛋白，蛛丝蛋白占其中的132种，毒素占157种。而在对捕鸟蛛的分析中，研究人员分别得到了2059种体内蛋白、120种毒素蛋白以及15种蛛丝蛋白。 该项研究进行的转录组学实验显示，两种蜘蛛的基因组结构具有相似的特征：其内含子长度较长（平均为8058bp和9306bp）但外显子长度则较短（分别为230bp和290bp）。这一基因结构明显有别于其他的节肢动物，反而与人类的基因组结构较为相似。对于这种现象的出现，贝奇佳德提供了一种可能的解释，他认为：“较长的内含子序列使得基因结构丰富多变，经由灵活的剪切，蜘蛛能够对各蛋白的表达进行调整。”
在绘制两种蜘蛛基因组图谱的同时，研究人员还对两种蜘蛛的分泌物：蛛丝和毒液的组成进行了分析。在对毒液进行的分析中，研究人员发现虽然两种蜘蛛的毒液组成并不相同，但都表达大量富含半胱氨酸残基的蛋白酶。此前学术界曾认为这些蛋白酶在蜘蛛注入毒液的过程中扮演着溶解组织促进毒素渗透的作用，而本研究则提供了一个新的视角：经由蛋白质组学的分析和比对，研究人员认为这些蛋白质于此前在其他蜘蛛消化液中的蛋白酶并不相同，但与一些毒素蛋白的调控因子结构类似。据此，研究人员推测这些蛋白可能起到“激活”毒素的作用。 而在对蛛丝蛋白的分析中，研究人员取得的两项重要的成果：首先他们发现隆头蛛的蛛丝由至少两种类型的蛛丝蛋白构成；其次，他们发现了四种此前并未被报道过的蛛丝蛋白序列。这将有助于人们解释蛛丝的构成，并为仿照蛛丝结构制造生物材料供工业使用提供参考。“不过，我并不认为我们能很快地创造出新的蜘蛛侠，哈哈。”贝奇佳德打趣说。
“作为进化生物学家，我们的主要任务是利用这些数据作为工具，对这些蜘蛛进化上的问题进行回答，并研究他们的生活习性。但对于另一部分人来说，这些研究可能会促进他们将一些成果投入应用。”贝奇佳德对果壳网说，“目前虽然无法确知这一结果会促进哪些应用的出现，但基于目前利用蛛丝制作绳索、生物降解材料、衣物等研究如火如荼的现状，我们的研究成果可能会促使这些领域的研究再进一步。” 信息来源：Nature文章题图：dnes.cz |
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Stegodyphus mimosarum的群体摄食。图片来源：Virginia Settepani
捕鸟蛛巴西白膝头。图片来源：annaksunamoon.deviantart.com
这项成果并不会让“蜘蛛侠”更快成为现实，但的确可能促进蛛丝在工业上的应用。图片来源：videogamesblogger.com
