有助调控蚕丝性能和创制育种素材

    我国对于家蚕产丝的研究从组织水平跨越到单细胞水平。6月14日，科技日报记者从西南大学获悉，该校家蚕基因组生物学国家重点实验室徐汉福教授课题组近日在《自然·通讯》上发表了题为“家蚕产丝器官的单细胞转录组图谱”的论文，研究以单细胞分辨率揭示了家蚕丝腺的全细胞异质性，并绘制出其基因转录组图谱。

    这是课题组继2003年解码家蚕全基因组DNA遗传密码后，从单细胞维度首次对家蚕产丝器官及其基因表达动态进行的超高分辨率解析，实现了家蚕丝腺研究从组织水平到单细胞水平的跨越。

    丝蛋白是大自然赋予人类的一种天然可再生蛋白资源。100多年来，探明家蚕高效产丝以及蚕丝性状形成的分子基础，一直是家蚕科学领域致力突破的关键理论问题。研究解决该问题，对于蚕丝性能改造、分子育种以及方兴未艾的丝蛋白多元化、高值化开发利用具有重要指导意义。

    细胞是生物组织器官最小的功能单位。研究显示，单个细胞基因表达与功能的异质性决定细胞分化状态和命运，与生物发生发展息息相关。“在单细胞水平研究单细胞属性、细胞间异质性和细胞类型，能够更加深入解析家蚕吐丝的内在基本机理，对家蚕的开发和利用将更加精准。”徐汉福表示，课题组揭示了家蚕丝腺细胞的异质性以及腺细胞基因随时间开启和关闭的动态信息。该成果对今后在单细胞水平上开展蚕丝蛋白合成调控研究和家蚕育种素材精准创制，促进以家蚕为模式的产丝蛋白合成调控及多元化开发利用研究，具有重大科学价值。

    该研究历时2年，课题组先后攻克了家蚕完整丝腺样本的大批量剖取和腺细胞解离等技术难关，累计解剖胚胎、蚁蚕和一龄眠期的家蚕个体近2万头。研究发现，家蚕丝腺中有10种主要细胞类群，它们分别执行丝素蛋白合成、丝胶蛋白合成、液态丝纤维化、细胞重建、丝蛋白代谢、几丁质代谢等功能。

    研究人员发现，丝蛋白基因不但在龄期丝腺细胞高表达，在眠期亦有不同程度的表达；眠期丝腺细胞中基因表达非常活跃，一些信号转导通路如蜕皮激素信号通路、“河马”通路等参与其中，发挥着调控丝腺发育和丝蛋白合成的重要作用。研究人员还深入分析了各细胞类型随时间发育的拟时序变化，通过RNA速率分析探究了在丝腺发育过程中不同细胞类型间的相互转换关系等。