喜愛超級英雄的科幻迷也許都對飛檐走壁的蜘蛛俠印象深刻。而在自然界中，蜘蛛也是極具特點(diǎn)的動物。它們中的許多種類不僅能夠制造長而堅(jiān)韌的蛛絲供捕獵和攀爬，還能夠分泌復(fù)雜的毒素用于覓食和自衛(wèi)。近日，來自丹麥奧胡斯大學(xué)的一個研究小組利用蛋白質(zhì)組和轉(zhuǎn)錄組的方法對兩類具有代表性的蜘蛛——隆頭蛛和捕鳥蛛的基因組進(jìn)行了分析。這一研究成果發(fā)表在最新一期的《自然·通訊》雜志上。
研究人員通過基因組學(xué)的手段對非洲的一種社會性的隆頭蛛（Stegodyphus mimosarum）和一種被稱為“巴西白膝頭”的捕鳥蛛（Acanthoscurria geniculata）的全基因組進(jìn)行了測序?！氨粶y序的兩種蜘蛛分別代表著兩個主要的蜘蛛類群：猛蛛亞目和新蛛亞目。這也許能為我們提供一些關(guān)于蜘蛛的普適認(rèn)識。”文章的共同第一作者杰斯帕·貝奇佳德（Jesper Bechsgaard）對果殼網(wǎng)說，“選擇捕鳥蛛的另一個原因是我們團(tuán)隊(duì)的一部分研究者研究捕鳥蛛消化液中的蛋白質(zhì)，基因組序列將為他們提供幫助。而選擇隆頭蛛是因?yàn)槲覀冋噲D了解它們的社會行為對基因組的影響。當(dāng)然，基因組序列也更為進(jìn)一步研究提供了很好的工具?！?/p>
研究者最終得到了豐富的基因組數(shù)據(jù)：隆頭蛛的基因組大小約為2.55GB，編碼蛋白的基因?yàn)?7235個；捕鳥蛛的基因組大小為6.5GB，編碼蛋白的基因?yàn)?3821個。隨后，研究者又利用質(zhì)譜的方法分別從兩種蜘蛛體內(nèi)、蛛絲和毒素中分離蛋白。對于隆頭蛛而言，在其體內(nèi)分離鑒定得到1127種蛋白，蛛絲蛋白占其中的132種，毒素占157種。而在對捕鳥蛛的分析中，研究人員分別得到了2059種體內(nèi)蛋白、120種毒素蛋白以及15種蛛絲蛋白。
該項(xiàng)研究進(jìn)行的轉(zhuǎn)錄組學(xué)實(shí)驗(yàn)顯示，兩種蜘蛛的基因組結(jié)構(gòu)具有相似的特征：其內(nèi)含子長度較長（平均為8058bp和9306bp）但外顯子長度則較短（分別為230bp和290bp）。這一基因結(jié)構(gòu)明顯有別于其他的節(jié)肢動物，反而與人類的基因組結(jié)構(gòu)較為相似。對于這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，貝奇佳德提供了一種可能的解釋，他認(rèn)為：“較長的內(nèi)含子序列使得基因結(jié)構(gòu)豐富多變，經(jīng)由靈活的剪切，蜘蛛能夠?qū)Ω鞯鞍椎谋磉_(dá)進(jìn)行調(diào)整?！?/p>
在繪制兩種蜘蛛基因組圖譜的同時，研究人員還對兩種蜘蛛的分泌物：蛛絲和毒液的組成進(jìn)行了分析。在對毒液進(jìn)行的分析中，研究人員發(fā)現(xiàn)雖然兩種蜘蛛的毒液組成并不相同，但都表達(dá)大量富含半胱氨酸殘基的蛋白酶。此前學(xué)術(shù)界曾認(rèn)為這些蛋白酶在蜘蛛注入毒液的過程中扮演著溶解組織促進(jìn)毒素滲透的作用，而本研究則提供了一個新的視角：經(jīng)由蛋白質(zhì)組學(xué)的分析和比對，研究人員認(rèn)為這些蛋白質(zhì)于此前在其他蜘蛛消化液中的蛋白酶并不相同，但與一些毒素蛋白的調(diào)控因子結(jié)構(gòu)類似。據(jù)此，研究人員推測這些蛋白可能起到“激活”毒素的作用。
而在對蛛絲蛋白的分析中，研究人員取得的兩項(xiàng)重要的成果：首先他們發(fā)現(xiàn)隆頭蛛的蛛絲由至少兩種類型的蛛絲蛋白構(gòu)成；其次，他們發(fā)現(xiàn)了四種此前并未被報(bào)道過的蛛絲蛋白序列。這將有助于人們解釋蛛絲的構(gòu)成，并為仿照蛛絲結(jié)構(gòu)制造生物材料供工業(yè)使用提供參考。“不過，我并不認(rèn)為我們能很快地創(chuàng)造出新的蜘蛛俠，哈哈?！必惼婕训麓蛉ふf。
“作為進(jìn)化生物學(xué)家，我們的主要任務(wù)是利用這些數(shù)據(jù)作為工具，對這些蜘蛛進(jìn)化上的問題進(jìn)行回答，并研究他們的生活習(xí)性。但對于另一部分人來說，這些研究可能會促進(jìn)他們將一些成果投入應(yīng)用?！必惼婕训聦麣ぞW(wǎng)說，“目前雖然無法確知這一結(jié)果會促進(jìn)哪些應(yīng)用的出現(xiàn)，但基于目前利用蛛絲制作繩索、生物降解材料、衣物等研究如火如荼的現(xiàn)狀，我們的研究成果可能會促使這些領(lǐng)域的研究再進(jìn)一步?！?/p>
