西南大學家蠶基因組生物學國家重點實驗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)絲器官的單細胞轉錄組圖譜”的論文，研究以單細胞分辨率揭示了家蠶絲腺的全細胞異質性，并繪制出其基因轉錄組圖譜。

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

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，一直是家蠶科學領域致力突破的關鍵理論問題。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)利用具有重要指導意義。

細胞是生物組織器官最小的功能單位。研究顯示，單個細胞基因表達與功能的異質性決定細胞分化狀態(tài)和命運，與生物發(fā)生發(fā)展息息相關。“在單細胞水平研究單細胞屬性、細胞間異質性和細胞類型，能夠更加深入解析家蠶吐絲的內(nèi)在基本機理，對家蠶的開發(fā)和利用將更加精準。”徐漢福表示，課題組揭示了家蠶絲腺細胞的異質性以及腺細胞基因隨時間開啟和關閉的動態(tài)信息。該成果對今后在單細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創(chuàng)制，促進以家蠶為模式的產(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胞解離等技術難關，累計解剖胚胎、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、細胞重建、絲蛋白代謝、幾丁質代謝等功能。

研究人員發(fā)現(xiàn)，絲蛋白基因不但在齡期絲腺細胞高表達，在眠期亦有不同程度的表達；眠期絲腺細胞中基因表達非?；钴S，一些信號轉導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)育過程中不同細胞類型間的相互轉換關系等。