Молекулярный атлас раскрывает три

Aug 24, 2023

10+ идей кухни в квартире, которые просто великолепны

Dec 03, 2023

10 лучших аксессуаров Кубка Стэнли 2023 года

Aug 09, 2023

10 самых скучных финалистов золотой эры WWE

May 26, 2023

10 самых скучных финалистов золотой эры WWE

Mar 20, 2023

12 лучших

Отправьте запрос

ПРЕДСТАВЛЯТЬ НА РАССМОТРЕНИЕ

Nov 11, 2023

Том «Природные коммуникации»

Nature Communications, том 14, номер статьи: 837 (2023) Цитировать эту статью

3973 Доступа

253 Альтметрика

Подробности о метриках

Процесс производства натурального шелка в большой ампулятной железе паука (Ма) наделяет шелк драглайна исключительными механическими свойствами и потенциалом для биомиметического применения. Однако точная генетическая роль железы Ма в этом процессе остается неизвестной. Здесь мы составили систематический молекулярный атлас производства шелка драглайном посредством высококачественной сборки генома паука, плетущего золотые шары Trichonephila clavata, и мультиомного подхода к определению трехсекционной архитектуры магниевых желез: хвоста, мешочка и протока. Мы обнаружили иерархический биосинтез спидроинов, органических кислот, липидов и хитина в секционированной Ма-железе, отвечающей за конституцию тонкого шелка. Упорядоченная секреция спидроинов достигалась за счет синергетической регуляции эпигенетических сигнатур и сигнатур ceRNA для генов спидроинов, распределенных по геномным группам. Профилирование одноклеточной и пространственной РНК выявило десять типов клеток с разделенным функциональным делением, определяющим трехсекционную организацию железы Ма. Конвергентный анализ и генетические манипуляции также подтвердили, что эта трехсекционная архитектура шелковой железы аналогична у членистоногих и неразрывно связана с образованием шелка. В совокупности наше исследование предоставляет многомерные данные, которые значительно расширяют знания о производстве шелка для драглайнов-пауков и в конечном итоге способствуют инновациям в области волокон, вдохновленных пауками.

Пауки (отряд Araneae) — многочисленные членистоногие хищники широкого профиля, включающие более пятидесяти тысяч современных видов1,2. Все пауки производят шелк — натуральные высокоэффективные белковые волокна, которые имеют решающее значение для выживания и размножения пауков3,4. Производство шелка представляет собой увлекательную особенность пауков, представляющую особый экономический интерес, главным образом из-за исключительных свойств этих волокон, включая высокую прочность на разрыв и ударную вязкость, низкую плотность, автоматическое вращение и биосовместимость5,6,7. Многочисленные исследователи пытались имитировать процессы производства и прядения природного спидроина (основного белка паучьего шелка) для биомиметического создания искусственных материалов со свойствами, подобными паучьему шелку8,9,10,11; однако большая часть нашего нынешнего понимания формирования паучьего шелка основана на физических и материальных исследованиях, которые дали лишь частичное представление о его природе12,13. Таким образом, выяснение молекулярно-биологических механизмов, участвующих в системе производства натурального шелка, будет ценным для более глубокого понимания паучьего шелка14,15,16,17.

Хотя кругообразные пауки имеют несколько желез, производящих шелк, большая ампулярная железа (Ма) часто используется в качестве модельной системы в исследованиях по производству шелка из-за ее относительно большого размера и, особенно, впечатляющих свойств ее продукта - шелка-драглайна18. Соответственно, большинство попыток создания инновационных волокон на основе шелка для драглайнов обычно включали белки шелка и микроокружение, вырабатываемое Ма-железой11,12,19. Ма-железу можно разделить на три макроскопических сегмента: хвост, мешок и проток, которые характеризуются градиентами значений pH, концентраций ионов и сил сдвига20,21,22. Жидкий белок шелка синтезируется и хранится в очень высокой концентрации в хвосте и мешочке и трансформируется в нерастворимую клетчатку через проток23,24.

В этом контексте были созданы рекомбинантные спидроины большой ампулы (MaSps) для достижения специфических физических свойств шелка, включая прочность, растяжимость и липкость25,26,27. Элементы, составляющие паучий шелк (SpiCE), которые не являются спидроиновыми белками, использовались для увеличения прочности на разрыв в случае композитных шелковых пленок28,29. Кроме того, микрофлюидное устройство, разработанное для точной имитации естественных ионных условий и условий pH, позволило напрямую вытягивать волокна из выпускного отверстия, а затем наматывать их на воздухе, как при естественном прядении30,31,32. Становится очевидным, что детальные механизмы, лежащие в основе производства шелка драглайна, включая клеточную архитектуру и молекулярную функцию железы Ма, а также биосостав и образование шелка драглайна, имеют основополагающее значение для передовых инноваций в области волокон11,33.

2) were identified in the 2 kb regions upstream and downstream of genes, and 10,501,151 (Tail), 11,356,55 (Sac), and 9,778,368 (Duct) significant ATAC peaks (RPKM > 2) were identified at the whole-genome level. The Tail (mean RPKM: 1.78) and Sac (mean RPKM: 2.04) plots showed genes with more accessible chromatin than the Duct (mean RPKM: 1.59) plots (Fig. 3a). We then analyzed the genome-wide DNA methylation level in the Tail, Sac, and Duct. We found the highest levels of DNA methylation in the CG context (beta value: 0.12 in Tail, 0.13 in Sac, and 0.10 in Duct) and only a small amount in the CHH (beta value: 0.04 in Tail, 0.05 in Sac, and 0.03 in Duct) and CHG (beta value: 0.04 in Tail, 0.05 in Sac, and 0.04 in Duct) contexts (Fig. 3b). Overall, there was no significant difference in methylation levels among the Tail, Sac, and Duct. Taken together, our results suggest a potential regulatory role of CA rather than DNA methylation in the transcription of dragline silk genes./p> 10,000, and orange hollow circles represent the genes with an FPKM < 10,000, CA chromatin accessibility, Me methylation. Adobe Illustrator 2020 was used to create the image./p> 95%) or a corresponding sequence from at least one closely related species (E-value > 1e−5, identity > 50%)./p> 10% and Q < 20). Methylation levels were estimated by determining the corresponding beta values: beta = M/(M + U), where M and U represent methylated and unmethylated signal values, respectively. The BED file of methylation data was converted to BigWig format by using the "bedGraphToBigWig" command line and visualized in IGV75./p> 7.0) were used for further experiments. Then, the sections were placed on Visium Spatial slides, fixed with methanol, stained with hematoxylin and eosin, and observed by a BX53 microscope (Olympus, Japan). The polyadenylated mRNA was captured with the primers employed for spots. RT Master Mix reverse transcription reagent was subsequently added to permeate tissue sections, and second-strand cDNA synthesis was performed on the slide by adding the Second Strand Mix. The obtained cDNA was denatured from each capture zone and transferred to the corresponding tube for amplification, library construction, and sequencing on the Illumina NovaSeq600 platform./p> 3, Q < 5, and base ratio ≥ 20%) reads, the spaceranger v1.3.1 mkref and count programs were used for data preprocessing. Then, spot clustering was analyzed using the Seurat v4.0.695 package./p>

Блог

Молекулярный атлас раскрывает три