首次對蜘蛛膠基因進行測序

蜘蛛建築網（股票圖像）。

圖片來源：?ian / Adobe Stock

UMBC博士後研究員Sarah Stellwagen和陸軍研究實驗室的共同作者Rebecca Renberg發表了有史以來第一個完整的兩個基因序列，這些基因允許蜘蛛生產膠水 - 一種粘性的，修飾過的蜘蛛絲，可以保護蜘蛛的獵物。它的網路。研究結果發表在Genes，Genomes，Genetics上。

他們採用的創新方法可以為其他人鋪設更多的絲和膠基因序列鋪平道路，因為它們的長度和重複結構對序列具有挑戰性。更好地了解這些基因可以使科學家更接近生物材料的下一個重大進展。

粘性解決方案

蜘蛛絲是由蜘蛛網製成的，多年來它一直被吹捧為生物材料的下一個重要因素，因為它具有不同尋常的拉伸強度和靈活性。已知有超過45,000種蜘蛛，每種蜘蛛都有一到七種類型的絲綢。然而，儘管存在許多部分序列，但對蜘蛛絲的完整遺傳結構知之甚少：僅對約20個完整基因進行了測序。Stellwagen說：「與那裡的產品相比，有二十個相形見絀。」

此外，蜘蛛絲已被證明難以大量生產。蜘蛛將液體的絲綢團塊轉化為固體的細長纖維，在它們體內的複雜過程中。科學家可以製造液體，但「我們不能複製大規模工業從液體到固體的過程，」Stellwagen說。

然而，蜘蛛膠在蜘蛛的內部和外部都是液體。雖然膠水「確實有其自身的挑戰」，Stellwagen說，這種差異可能使蜘蛛膠在實驗室中比絲綢更容易生產。

Stellwagen認為蜘蛛膠應用作為有機害蟲控制的巨大潛力。畢竟，她說，「這些東西演變為捕獲昆蟲獵物。」

例如，農民可以沿著穀倉壁噴洒膠水以保護他們的牲畜免受咬傷或引起疾病的昆蟲的侵害，然後可以將其沖洗乾淨，而不必擔心危險的農藥污染水道。他們可以使用膠水來保護作物免受害蟲侵害。它也可以應用於蚊子傳播疾病普遍存在的地區。「玩起來也很有趣，」Stellwagen說道。

一個「基因的龐然大物」

在Stellwagen和Renberg的工作之前，由陸軍研究實驗室資助，最長的絲基因測序大約有20,000個鹼基對。當她開始這個項目時，Stellwagen期望快速對膠基因進行測序，然後繼續前進，繼續學習她從序列中學到的東西。相反，她和Renberg花了兩年的時間來完成序列。

「它最終成為這個基因的龐然大物，它比之前最大的絲基因的兩倍大，」Stellwagen說。在實驗室找到Renberg的那一天，這是漫長而艱難的道路，並說：「我認為我們的基因長達42,000個鹼基。我想我們完成了它。」 最後，它採取了尖端技術的風險，最終產生了完整的序列。

這個基因不僅異常長，而且像蜘蛛絲基因一樣，在中間有許多重複相同的鹼基序列--A，T，G和C - 。現代測序技術（稱為「下一代測序」）通過為所有生物體的基因產生DNA序列而起作用，但是切成小塊。然後，就像解決謎題一樣，科學家必須匹配短片的重疊末端以確定整個序列。

但是，如果你的基因是重複的，你需要一個單一的序列，或「讀」，從重複區域之前延伸到結束之外，知道有多少重複。如果您的重複部分很長，就像Stellwagen和Renberg所研究的膠基因一樣，那麼您獲得下一代方法所需的讀數的可能性很小。

幸運的是，現在可以使用「第三代」測序技術。第三代測序產生更長的讀數，但更少。只有通過多次重複實驗，您才有機會獲得確定重複次數所需的讀數，並最終定義基因的整個序列。「這很具挑戰性，」Stellwagen說。「你是從大海撈針。」

但它奏效了。經過兩年的計算機而沒有看到積極的結果，Stellwagen和Renberg終於獲得了定義整個基因序列所需的讀數。

Stellwagen已經在考慮未來的發展方向。「既然我們有一個發現全長絲基因的協議，那麼來自其他物種的絲綢是什麼樣的呢？」 她問。

「我非常興奮能夠最終弄清楚這個難題，因為它太難了，」Stellwagen說。雖然這是一個比她預期的更大的挑戰，「最終我們學到了很多東西，我很樂意把它放在那裡，為下一個試圖解決一些荒謬基因的人。」

（來源：馬里蘭大學巴爾的摩分校）

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