首次对蜘蛛胶基因进行测序 为下一步生物材料的突破奠定了基础

导读 UMBC博士后研究员Sarah Stellwagen和陆军研究实验室的共同作者Rebecca Renberg发表了有史以来第一个完整的两个基因序列，这些基因允许蜘

UMBC博士后研究员Sarah Stellwagen和陆军研究实验室的共同作者Rebecca Renberg发表了有史以来第一个完整的两个基因序列，这些基因允许蜘蛛生产胶水 - 一种粘性的，改良的蜘蛛丝版本，可以保护蜘蛛的猎物卡在其中网页。研究结果发表在Genes，Genomes，Genetics上。

他们采用的创新方法可以为其他人铺设更多的丝和胶基因序列铺平道路，因为它们的长度和重复结构对序列具有挑战性。更好地了解这些基因可以使科学家更接近生物材料的下一个重大进展。

粘性解决方案

蜘蛛丝是由蜘蛛网制成的，多年来它一直被吹捧为生物材料的下一个重要因素，因为它具有不同寻常的拉伸强度和灵活性。已知有超过45,000种蜘蛛，每种蜘蛛都有一到七种类型的丝绸。然而，尽管存在许多部分序列，但对蜘蛛丝的完整遗传结构知之甚少：仅对约20个完整基因进行了测序。Stellwagen说：“与那里的产品相比，有二十个相形见绌。”

此外，蜘蛛丝已被证明难以大量生产。蜘蛛将液体的丝绸团块转化为固体的细长纤维，在它们体内的复杂过程中。科学家可以制造液体，但“我们不能复制大规模工业从液体到固体的过程，”Stellwagen说。

然而，蜘蛛胶在蜘蛛的内部和外部都是液体。虽然胶水“确实有其自身的挑战”，Stellwagen说，这种差异可能使蜘蛛胶在实验室中比丝绸更容易生产。

Stellwagen认为蜘蛛胶应用作为有机害虫控制的巨大潜力。毕竟，她说，“这些东西演变为捕获昆虫猎物。”

例如，农民可以沿着谷仓壁喷洒胶水以保护他们的牲畜免受咬伤或引起疾病的昆虫的侵害，然后可以将其冲洗干净，而不必担心危险的农药污染水道。他们可以使用胶水来保护作物免受害虫侵害。它也可以应用于蚊子传播疾病普遍存在的地区。“玩起来也很有趣，”Stellwagen说道。

一个“基因的庞然大物”

在Stellwagen和Renberg的工作之前，由陆军研究实验室资助，最长的丝基因测序大约有20,000个碱基对。当她开始这个项目时，Stellwagen期望快速对胶基因进行测序，然后继续前进，继续学习她从序列中学到的东西。相反，她和Renberg花了两年的时间来完成序列。

“它最终成为这个基因的庞然大物，它比之前最大的丝基因的两倍大，”Stellwagen说。在实验室找到Renberg的那一天，这是漫长而艰难的道路，并说：“我认为我们的基因长达42,000个碱基。我想我们完成了它。” 最后，它采取了尖端技术的风险，最终产生了完整的序列。

这个基因不仅异常长，而且像蜘蛛丝基因一样，在中间有许多重复相同的碱基序列-A，T，G和C-。现代测序技术(称为“下一代测序”)通过为所有生物体的基因产生DNA序列而起作用，但是切成小块。然后，就像解决谜题一样，科学家必须匹配短片的重叠末端以确定整个序列。

但是，如果你的基因是重复的，你需要一个单一的序列，或“读”，从重复区域之前延伸到结束之外，知道有多少重复。如果您的重复部分很长，就像Stellwagen和Renberg所研究的胶基因一样，那么您获得下一代方法所需的读数的可能性很小。

幸运的是，现在可以使用“第三代”测序技术。第三代测序产生更长的读数，但更少。只有通过多次重复实验，您才有机会获得确定重复次数所需的读数，并最终定义基因的整个序列。“这很具挑战性，”Stellwagen说。“你是从大海捞针。”

但它奏效了。经过两年的计算机而没有看到积极的结果，Stellwagen和Renberg终于获得了定义整个基因序列所需的读数。

Stellwagen已经在考虑未来的发展方向。“既然我们有一个发现全长丝基因的协议，那么来自其他物种的丝绸是什么样的呢?” 她问。

“我非常兴奋能够最终弄清楚这个难题，因为它太难了，”Stellwagen说。虽然这是一个比她预期的更大的挑战，“最终我们学到了很多东西，我很乐意把它放在那里，为下一个试图解决一些荒谬基因的人。”