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基因和卵白质研究为蜘蛛生物学开启新时代

时间：2017-11-09 泉源：科学网

澳大利亚小型孔雀蜘蛛舞动彩色腹部来吸引异性。。。

图片泉源：ADAM FLETCHER/MINDEN PICTURES

在展示大自然妖怪般的创立力方面，，，很难有什么能击败蜘蛛。。。以隐居的鬼面蜘蛛为例，，，它们长着很大的尖牙以及凸起且超大的中眼。。。在整个热带地区，，，这些八条腿的怪兽挂在树枝上，，，并在前腿中心撑起一张可舒展的丝网，，，以便它们能以闪电般的速率将网罩在猎物上。。。相比之下，，，艳丽的孔雀蜘蛛随处炫耀彩虹色的腹部以吸引异性，，，而它们超大的眼睛能望见细小的事物和颜色。。。流星锤蜘蛛则善于模拟。。。夜晚，，，尾巴上拖着一个黏球的雌性流星锤蜘蛛会散发出雌蛾的气息来引诱并捉住雄蛾。。。

美国史密森学会国家自然历史博物馆（NMNH）蜘蛛研究职员Hannah Wood体现，，，在蜘蛛当中，，，“每个种群都有着难以想象的故事”。。。蜘蛛产丝的通用能力资助诠释了它们在全球的乐成——据估测，，，有9万个蜘蛛物种茂盛于除了南极的其他每个大洲。。。用于捕获猎物的蛛网从高处像绳索一样下降，，，并且制作了蜘蛛的卵囊和住所。。。它们自己就拥有令人难以置信的多样性，，，其组成更是在每个蜘蛛物种中都差别。。。蜘蛛的另一个通用属性——毒液也是云云。。。它们爆发的毒液混淆物最多可由1000种差别的化学物质组成。。。

直到最近，，，试图剖析蜘蛛普遍的顺应性怎样爆发的节肢动物学家，，，才基于形态和行为建设了蜘蛛的家族树。。。但最近，，，基因和卵白质研究为蜘蛛生物学开启了新的时代。。。研究职员对3个蜘蛛物种——金球织网蜘蛛、非洲丝绒蜘蛛和常见家蛛的完整基因组举行了测序，，，并且对许多其他蜘蛛开展了相对有限的基因和卵白质研究。。。最新剖析凸显了蜘蛛演化错综重大的路径，，，并且引发人们对蛛网和毒液重大性的关注。。。“基因组学影响了险些所有事情。。。”在阿拉巴马州奥本大学研究蜘蛛的Jason Bond体现，，，“它改变了人们可以问的问题类型。。。”

强盛的基因组工具

研究职员试图通过蜘蛛的尖牙、性器官形状以及其他方面的外表或行为举行分类。。。他们还使用了上世纪90年月初兴起的分子要领。。。其时，，，节肢动物学家区分出6种短且守旧的蜘蛛DNA序列。。。这些序列在差别的蜘蛛物种间仍拥有足够多的变异，，，从而使研究职员推断它们之间的关系。。。不过，，，NMNH进化生物学家Jonathan Coddington以为，，，这些剖析“从未收到应有的效果”。。。现在，，，越发强盛的基因组工具正最先弄清晰重大的关系。。。“在多年的起劲后，，，很是合理的家族树突然间泛起了。。。”康奈尔大学行为生态学家Linda Rayor体现。。。

里程碑泛起在2014年。。。乔治·华盛顿大学蜘蛛分类学家Gustavo Hormiga先容说，，，其时，，，揭晓于《今世生物学》杂志的两份报告“完全倒置了蜘蛛的进化”。。。两个团队较量了来自40个蜘蛛物种的上百个基因，，，以构建将所有织网者包括在内的家族树。。。和此前的研究相反，，，这些剖析将金球织网蜘蛛分成两组并将其放在完全差别的家族树分支上。。。爆发带绒毛的黏性纤维的金球织网蜘蛛最终被划分到包括了许多完全不织网的蜘蛛的分支上。。。而爆发羊毛状蛛丝的金球织网蜘蛛自成一个分支。。。

在随后的一项研究中，，，Bond团队较量了70个蜘蛛物种的近3400个活性基因。。。研究发明，，，和织网蜘蛛相比，，，诸如狼蛛、跳蛛等基本不织网且生涯在地面上的蛛形纲动物以更快的速率走向多样化。。。这或许是由于它们不再需要织网后能使用更多新的时机。。。

蜘蛛生物学家希望从完整的基因组中相识到更多内容。。。丹麦奥胡斯大学进化生物学家Trine Bilde最先对一种非洲丝绒蜘蛛——隆头蛛的基因组举行剖析。。。这个物种生涯在最多由1000只蜘蛛组成的巢穴中，，，其中大大都是雌性蜘蛛。。。它们织出的麋集网络可捕获15厘米长的蚱蜢。。。隆头蛛是家庭至上者，，，因此往往只在巢穴内繁育子女。。。这一习惯再加上巢穴有时会很快消逝的证据批注，，，它们可能有着高度的近亲滋生关系，，，从而缺少�；；；；て渌锘庥诖死嗝鹁幕虮湟�。。。

为蛛丝研究翻开大门

这些最初的基因组以及同时举行的分子研究正在爆发一种差别的回报：它们正在资助开启蛛丝和毒液研究的大门。。。美国自然历史博物馆蛛丝基因学家Cheryl Hayashi被这些物质的分子多样性震惊。。。

蛛丝基因编码拥有多次重复氨基酸片断的大宗卵白质。。。它们自身是长的，，，并且充满很难破译的重复DNA。。。不过，，，丝绒蜘蛛、金球织网蜘蛛和家蛛的基因组展现出富厚多样的蛛丝基因。。。研究职员已经区分出两个针对大壶状腺丝（蛛丝的一种）的基因。。。这种蛛丝在蜘蛛网中形成超强的牵引线，，，并且为制造一种商用蛛丝提供了灵感。。。不过，，，丝绒蜘蛛的基因组仅展现了10个针对这种蛛丝的基因以及9个编码其他蛛丝卵白质的基因。。。

为相识更多，，，Hayashi启动了另一个基因组测序项目。。。她和来自宾夕法尼亚大学的Benjamin Voight、佛蒙特大学的Ingi Agnarsson以及其他人相助，，，破译了金球织网蜘蛛的基因组并描绘了它们的特征。。。

今年5月1日，，，该团队在《自然—遗传学》杂志网络版上报告称，，，金球织网蜘蛛的基因组含有28个蛛丝基因，，，其中8个关于科学界来说是全新的。。。研究发明，，，基因和蛛丝类型之间并非逐一对应关系，，，并且一些蛛丝基因似乎获得了完全差别的功效。。。例如，，，金球织网蜘蛛的一种蛛丝基因甚至在蜘蛛的毒腺中被表达。。。

掌握蛛丝的分子基因学

最新破译的基因有助于诠释蛛丝属性的分子基础。。。蛛丝基因含有被称为基序的短DNA片断，，，而基序的数目和详细序列在差别物种中有所差别。。。通过将基因差别和蛛丝属性的差别举行较量，，，Hayashi团队发明，，，这些基序似乎影响蛛丝的强度、弹性和其他特征。。。

对这种重大性举行分类或许能资助生物工程师更好地明确并且最终使用蛛丝特殊的韧性和无邪性。。。“在这些序列中隐藏着许多问题的谜底。。。好比，，，蜘蛛怎样使丝液在体内坚持极高的浓度？？？？？”Hayashi体现，，，生物化学家很难回覆这些问题。。。同时，，，她和其他人发明，，，丝腺含有或许充当了分子朋侪并且资助爆发纤维的非蛛丝卵白质。。。

关于试图制造人工蛛丝的研究职员来说，，，这些发明是一座金矿。。。“突然间，，，我们掌握了蛛丝的分子基因学。。。”Coddington说，，，“大门翻开了。。。”

研究有着类似庞洪水平的蜘蛛毒液的大门也在翻开。。。蜘蛛毒液或许能提供对控制昆虫或缓解疼痛有用的化合物。。。“毒液混淆物拥有最多达1000种的差别化学物质，，，并且差别很大。。。”位于俄勒冈州的路易克拉克大学进化生物学家Greta Binford对褐皮花蛛毒液可摧毁身体组织的奇异属性举行了研究。。。被这种蜘蛛咬过的人患上坏疽病，，，严重时甚至会失去手足。。。Binford先容说，，，新的基因组和后续开展的卵白质研究“为确认我们正在获得一系列有着重大因素差别的毒液提供了更多信心”。。。（宗华编译）

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