你是否曾凝視草葉中精致的蛛網，驚嘆于那巧奪天工的構造？這離不開蜘蛛腹部末端那靈巧的“紡織工廠”——紡器。正是憑借這一器官，蜘蛛得以編織縱橫交錯的“獵場”，搭乘絲線御風遠行，從而成功演化出超過5萬種生命形態(tài)。然而，這關鍵結構究竟從何而來，始終是演化生物學中的一個謎團。如今，這一謎題被揭開。來自中國科學院動物研究所、安徽師范大學與北京大學的研究團隊聯(lián)合攻關，通過整合前沿的基因組學與基因功能分析技術，系統(tǒng)揭示了紡器誕生的古老遺傳框架，為探索紡器功能和仿生應用提供了理論依據。相關成果日前發(fā)表于國際學術期刊《科學·進展》。

北京大學生命科學學院、基因功能研究與操控全國重點實驗室教授張蔚告訴記者，該研究通過分析蜘蛛古老“親戚”鞭蝎等類群基因組，構建了蛛形動物基因組演化的整體框架。分析顯示，這些生物的基因組演化緩慢，甚至清晰地保留著可追溯至石炭紀的古老基因組復制痕跡。

那么，這次復制事件如何促成了紡器的誕生？研究團隊將目光聚焦于一個名為“abd-A”的關鍵基因。研究發(fā)現(xiàn)，在這次古老復制后產生的兩個基因拷貝——abd-A-1和abd-A-2，均參與了紡器的形成。它們如同一對分工協(xié)作的“雙胞胎”，在復制后逐漸獲得了部分共享的新功能，這可能為紡器這一全新結構的出現(xiàn)提供了關鍵的遺傳條件。

為更精細地捕捉紡器“萌芽”瞬間的細胞活動，研究團隊對蜘蛛胚胎在紡器出現(xiàn)前后的關鍵時期進行了高分辨率的單細胞測序。實驗結果揭示，一個足部模式基因“dac-1”的調控活動，在蜘蛛腹部一片新的區(qū)域被巧妙地“重新部署”，直接參與了紡器的精細構建，這無疑強化了紡器由肢體結構演化而來的構想。

張蔚說，研究團隊為研究關鍵基因在紡器形成中的功能，成功在蜘蛛中構建了基因編輯體系，實現(xiàn)了在此類非模式生物中的功能驗證。這些新技術拓展了演化發(fā)育生物學的研究外延與范式，有助于深入挖掘非模式生物中豐富的生物多樣性資源?！霸撗芯坎粌H填補了動物關鍵創(chuàng)新結構‘從無到有’演化過程中的認知空白，還以典型案例有力支持了‘重復基因網絡驅動復雜形態(tài)創(chuàng)新’演化觀點，深化了我們對生命史上諸多精妙結構起源的理解。”

來源：光明日報