單核和空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)揭示家蠶終幼蟲期分泌絲器官的結(jié)構(gòu)

期刊：Cell Reports

2. 絲腺細(xì)胞在絲蛋白合成過程中的功能動(dòng)態(tài)變化
通過偽時(shí)間軌跡分析發(fā)現(xiàn)，絲腺細(xì)胞在幼蟲末期經(jīng)歷了三個(gè)分支和七個(gè)細(xì)胞狀態(tài)。在L4M和L5D1階段，細(xì)胞狀態(tài)以1、2和7為主，而在L5D3階段，細(xì)胞狀態(tài)3和4顯著增加，表明這是絲蛋白高效合成的重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)。在L5D3階段，絲蛋白基因（如fibH, fibL, P25, Ser1, 和 Ser3）的表達(dá)顯著增加，而Ser2和MBF2的表達(dá)下降，表明絲蛋白合成從抑制狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛钴S狀態(tài)。
 

3. 絲蛋白合成的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)和細(xì)胞間通訊
研究者識(shí)別了687個(gè)轉(zhuǎn)錄因子（TFs），其中177個(gè)在細(xì)胞類型特異性或普遍性表達(dá)中較高水平。通過差異表達(dá)轉(zhuǎn)錄因子（DETFs）分析，發(fā)現(xiàn)TFs在每個(gè)發(fā)育階段對(duì)絲蛋白基因的調(diào)控具有明顯的時(shí)間差異。

在FBSs、CSSs和NCSs中，特定TFs（如Dimm、FOXO、VSX2、CrebA和Xbp1）對(duì)絲蛋白基因具有顯著的調(diào)控作用。通過CelIPhoneDB分析發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞間通訊在L5D3階段的MSG/PSG細(xì)胞中最為頻繁，特別是HMSs與其他細(xì)胞類型之間的通訊，表明細(xì)胞間通訊在絲蛋白大規(guī)模合成過程中起到重要作用。
 

4. 與絲腺內(nèi)復(fù)制相關(guān)的細(xì)胞周期基因
研究發(fā)現(xiàn)，絲腺細(xì)胞在幼蟲末期通過內(nèi)復(fù)制過程獲得高度分支的細(xì)胞核，這是合成絲蛋白所必需的。CDK抑制劑（CKI）基因在絲腺細(xì)胞中高度表達(dá)，表明細(xì)胞生長(zhǎng)受到抑制。特別是CycG和CycT這兩個(gè)細(xì)胞周期蛋白在MSG/PSG細(xì)胞類型中普遍表達(dá)，可能作為絲腺內(nèi)復(fù)制周期的核心調(diào)控因子。
 

5. 蛻皮激素受體在絲腺內(nèi)復(fù)制中的不可或缺作用
研究發(fā)現(xiàn)，蛻皮激素受體（EcR）和超螺旋蛋白（USP）在幾乎所有絲腺細(xì)胞類型中普遍且相對(duì)高度表達(dá)。通過轉(zhuǎn)基因過表達(dá)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)USP的過表達(dá)導(dǎo)致絲腺細(xì)胞數(shù)量顯著減少和絲腺退化，特別是幼蟲末期。過表達(dá)USP的PSG中，許多細(xì)胞周期相關(guān)基因顯著上調(diào)或下調(diào)，表明USP在絲腺發(fā)育和內(nèi)復(fù)制過程中起到關(guān)鍵的調(diào)控作用。
 

研究總結(jié)
本研究通過snRNA-seq和ST技術(shù)，系統(tǒng)地描繪了家蠶在幼蟲末期絲腺細(xì)胞的時(shí)空分布和功能動(dòng)態(tài)變化。研究揭示了絲腺細(xì)胞類型及其在絲蛋白合成中的角色，闡明了細(xì)胞狀態(tài)轉(zhuǎn)變、調(diào)控網(wǎng)絡(luò)和細(xì)胞間通訊在高效絲蛋白合成中的作用，并強(qiáng)調(diào)了蛻皮激素受體（尤其是超螺旋蛋白）在絲腺內(nèi)復(fù)制中的不可或缺作用。這些發(fā)現(xiàn)為理解蠶絲腺的分子機(jī)制提供了重要參考，并為開發(fā)可持續(xù)的天然絲蛋白產(chǎn)品提供了新的視角。

原文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.celrep.2024.114460