解析家蚕产丝之谜迈入单细胞时代——我国科学家发表家蚕产丝器官的单细胞转录

我国对蚕丝生产的研究已经从组织水平跨越到单细胞水平。6月14日，记者从西南大学获悉，家蚕基因组生物学国家重点实验室徐汉福教授研究组近日在国际知名期刊《自然-通讯》上发表了题为《家蚕产丝器官单细胞转录组图谱》的研究论文，以单细胞分辨率揭示了家蚕丝腺的全细胞异质性和基因转录图谱。

这是该实验室团队继2003年解码家蚕全基因组DNA遗传密码后，首次从单细胞维度对家蚕产丝器官及其基因表达动态进行超高分辨率分析，实现了家蚕丝腺研究从组织水平到单细胞水平的飞跃。

丝蛋白是大自然赋予人类的一种天然可再生蛋白质资源。一百多年来，弄清高效产丝的分子基础和丝性状的形成一直是蚕业科学领域的一个关键性理论问题。解决这一问题对蚕丝的性能改良、分子育种以及丰富多样的高价值蚕丝蛋白的开发利用具有重要的指导意义。

它是生物组织和器官的最小功能单位。研究表明，单个细胞基因表达和功能的异质性决定了细胞分化的状态和命运，与生物发育密切相关。与之前的多细胞组织水平检测技术相比，单细胞技术实现了单细胞水平的最高精度检测，描绘了细胞类型识别、细胞状态、细胞分化及其相互作用等更高分辨率的信息特征。

“在单细胞水平上研究单细胞性质、细胞异质性和细胞类型，可以进一步分析桑蚕吐丝的内部基本机制，使桑蚕的开发利用更加准确。“徐汉夫说，研究组揭示了丝腺细胞的异质性和腺细胞基因随时间开、关的动态信息。该结果对于今后在单细胞水平上研究丝蛋白合成的调控和精确创造丝育种材料，以及促进丝蛋白合成的调控研究和以家蚕为模式的产丝生物的多样化开发利用具有重要的科学价值。

研究历时两年，课题组先后攻克了完整丝腺样本大规模解剖和腺体细胞解离的技术难关，解剖了近2万个胚胎、蚂蚁蚕和一龄蚕个体。发现家蚕丝腺中有10个主要的细胞群，分别执行丝素蛋白合成、丝胶蛋白合成、液体丝纤维化、细胞重建、丝蛋白代谢、几丁质代谢等功能。

研究人员发现，丝蛋白基因不仅在成年丝腺细胞中高度表达，在睡眠时也有不同程度的表达。睡眠期间丝腺细胞中的基因表达非常活跃，并涉及一些信号转导通路，如蜕皮激素信号通路和河马通路，在调节丝腺发育和丝蛋白合成中起重要作用。研究人员还深入分析了各种细胞类型发育随时间的伪时序变化，并通过RNA速率分析探索了丝腺发育过程中不同细胞类型之间的相互转换关系。

据了解，家蚕基因组生物学国家重点实验室是论文的第一署名人，欧亿生物的博士生、曾、巴永兵博士是论文的共同第一作者。该研究得到了国家重点研发项目、国家自然科学基金、重庆市院士领衔的重庆市科技创新引导项目、重庆市人才计划等项目的支持。

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