A molecular atlas reveals the tri-sectional spinning mechanism of spider dragline silk

丝绸 蜘蛛 蜘蛛丝 生物 进化生物学 计算生物学 动物 计算机科学 操作系统
作者
Wenbo Hu,Anqiang Jia,Sanyuan Ma,Guoqing Zhang,Zhaoyuan Wei,Fang Lü,Yongjiang Luo,Zhi‐Sheng Zhang,Jiahe Sun,Tianfang Yang,Tingting Xia,Qinhui Li,Ting Yao,Jiang Yu Zheng,Zijie Jiang,Zehui Xu,Qingyou Xia,Yi Wang
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:14 (1) 被引量:15
标识
DOI:10.1038/s41467-023-36545-6
摘要

Abstract The process of natural silk production in the spider major ampullate (Ma) gland endows dragline silk with extraordinary mechanical properties and the potential for biomimetic applications. However, the precise genetic roles of the Ma gland during this process remain unknown. Here, we performed a systematic molecular atlas of dragline silk production through a high-quality genome assembly for the golden orb-weaving spider Trichonephila clavata and a multiomics approach to defining the Ma gland tri-sectional architecture: Tail, Sac, and Duct. We uncovered a hierarchical biosynthesis of spidroins, organic acids, lipids, and chitin in the sectionalized Ma gland dedicated to fine silk constitution. The ordered secretion of spidroins was achieved by the synergetic regulation of epigenetic and ceRNA signatures for genomic group-distributed spidroin genes. Single-cellular and spatial RNA profiling identified ten cell types with partitioned functional division determining the tri-sectional organization of the Ma gland. Convergence analysis and genetic manipulation further validated that this tri-sectional architecture of the silk gland was analogous across Arthropoda and inextricably linked with silk formation. Collectively, our study provides multidimensional data that significantly expand the knowledge of spider dragline silk generation and ultimately benefit innovation in spider-inspired fibers.
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