10月29日，我校生命科学学院林冠生物多样性研究中心李枢强研究员团队，从演化视角系统解析了蛛丝蛋白的起源与分化历程。相关研究成果发表于国际期刊《Current Biology》，论文题目为“The rise and diversification of spidroins in the deep-time evolution of spiders”，李枢强研究员为该论文主要通讯联系人（Lead contact）。

蜘蛛能够合成多种功能特化的蛛丝，并可灵活组合运用，以完成各项生存活动。一张圆网至少包含5种不同理化性能的蛛丝，是生物工程与材料科学领域的重点研究对象。本研究鉴定出四类广泛分布于新蛛类群的全新蛛丝蛋白；研究团队借鉴古希腊神话，以夜之女神Nyx以及执掌命运与纺织的三女神Atropos、Lachesis、Clotho为其命名。全长转录组数据分析表明，这四类蛋白的N端保守区域与已知蛛丝蛋白存在同源关系，其余序列结构则显著区别于已报道的蛛丝蛋白。

图1：园蛛圆网各类蛛丝功能示意图（姜统尧、唐家欣 绘）

为揭示新型蛛丝蛋白的生理功能，研究人员利用组织特异性转录组定位基因表达位点，证实四类蛋白均在蜘蛛丝腺内表达。其中，Nyx主要在葡萄状腺中表达；Atropos、Lachesis、Clotho则主要表达于壶状腺。结合系统发育比较，将上述蛋白的表达分布与拖丝力学参数关联分析，结果表明：Atropos的存在与否，以及壶状腺来源非典型蛛丝蛋白（Atropos、Lachesis、Clotho）的种类与拷贝数，与拖丝较低的杨氏模量显著相关。上述结果提示，新型蛛丝蛋白参与蛛丝组装过程，并能够调控蛛丝的材料力学特性。该研究拓展了蛛丝合成的“分子工具箱”，也为人工仿生蛛丝的开发提供了全新候选蛋白。

图2：蛛丝蛋白组织表达谱，以及壶状腺来源非典型蛛丝蛋白与蛛丝材料性能的关联分析

研究团队进一步将蛛丝蛋白演化事件映射至蜘蛛系统发育树。结果显示，蛛丝蛋白的基因复制大多发生在演化树较深的祖先节点，多数蛛丝蛋白类型起源于现代新蛛的共同祖先；相比复制事件，蛛丝蛋白的基因丢失事件更为频繁。由此表明：蛛丝蛋白的差异化丢失，是塑造蜘蛛蛛丝利用方式高度多样性的重要驱动力。

此次发现的非典型蛛丝蛋白广泛存在于新蛛类群，说明蜘蛛利用小分子辅助蛋白调控蛛丝性能是一种古老且普遍的演化策略，并非园蛛及其近缘类群所特有。研究同时发现，聚合腺的出现与蜘蛛物种的多样化速率提升相关；蛛丝蛋白类型数量、基因总拷贝数、丝腺类型数量等性状均会影响物种形成速率，其中蛛丝蛋白类型数量与丝腺类型数量存在最优区间，在此区间内蜘蛛的成种速率达到峰值。

图3：蛛丝蛋白在蜘蛛系统发育树上的分布格局与演化历史

论文链接：https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(26)01345-X