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Nov 11, 2023

Un atlas molecular revela el tri

Volumen de comunicaciones de la naturaleza

Nature Communications volumen 14, Número de artículo: 837 (2023) Citar este artículo

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El proceso de producción de seda natural en la glándula de la ampolla mayor (Ma) de la araña dota a la seda de dragalina de propiedades mecánicas extraordinarias y el potencial para aplicaciones biomiméticas. Sin embargo, las funciones genéticas precisas de la glándula Ma durante este proceso siguen siendo desconocidas. Aquí, realizamos un atlas molecular sistemático de la producción de seda de dragalina a través de un ensamblaje del genoma de alta calidad para la araña tejedora de orbes dorados Trichonephila clavata y un enfoque multiómico para definir la arquitectura tri-sección de la glándula Ma: cola, saco y conducto. Descubrimos una biosíntesis jerárquica de espidroínas, ácidos orgánicos, lípidos y quitina en la glándula Ma seccional dedicada a la constitución de seda fina. La secreción ordenada de espidroínas se logró mediante la regulación sinérgica de firmas epigenéticas y de ceRNA para genes de espidroína distribuidos en grupos genómicos. El perfil de ARN unicelular y espacial identificó diez tipos de células con división funcional dividida que determina la organización tri-sección de la glándula Ma. El análisis de convergencia y la manipulación genética validaron aún más que esta arquitectura de tres secciones de la glándula de seda era análoga a través de Arthropoda y estaba indisolublemente unida a la formación de seda. En conjunto, nuestro estudio proporciona datos multidimensionales que amplían significativamente el conocimiento de la generación de seda de arrastre de araña y, en última instancia, benefician la innovación en fibras inspiradas en araña.

Las arañas (Orden Araneae) son abundantes depredadores artrópodos generalistas que incluyen más de cincuenta mil especies existentes1,2. Todas las arañas producen sedas, que son fibras proteicas naturales de alto rendimiento que son cruciales para la supervivencia y reproducción de las arañas3,4. La producción de seda es un rasgo sobresaliente de araña fascinante de particular interés económico, principalmente debido a las propiedades excepcionales de estas fibras, que incluyen alta resistencia a la tracción y tenacidad, baja densidad, accionamiento rotacional autoalimentado y biocompatibilidad5,6,7. Numerosos investigadores han tratado de emular los procesos de producción e hilado de la espidroína natural (las principales proteínas de la seda de araña) para la generación biomimética de materiales artificiales con propiedades similares a la seda de araña8,9,10,11; sin embargo, gran parte de nuestra comprensión actual de la formación de la seda de araña se basa en estudios físicos y materiales que han proporcionado solo una imagen parcial de su naturaleza12,13. Por lo tanto, la elucidación de los mecanismos biológicos moleculares involucrados en el sistema de producción de seda natural será valiosa para obtener una comprensión profunda de la seda de araña14,15,16,17.

Aunque las arañas de telaraña tienen múltiples glándulas productoras de seda, la glándula ampollada principal (Ma) se usa a menudo como un sistema modelo en la investigación de la producción de seda debido a su tamaño relativamente grande y, especialmente, a las impresionantes propiedades de su producto, la seda de arrastre18. En consecuencia, la mayoría de los intentos de innovar las fibras inspiradas en la seda de la draga generalmente han involucrado las proteínas de la seda y el microambiente producido por la glándula Ma11,12,19. La glándula Ma se puede dividir en tres segmentos macroscópicos, la cola, el saco y el conducto, que se caracterizan por gradientes de valores de pH, concentraciones de iones y fuerzas de cizallamiento20,21,22. La proteína de seda líquida se sintetiza y almacena en una concentración muy alta en la Cola y el Saco y se transforma en fibra insoluble a través del Conducto23,24.

En este contexto, se han construido espidroínas de ampolla principales recombinantes (MaSps) para lograr propiedades físicas específicas de la seda, que incluyen resistencia, extensibilidad y pegajosidad25,26,27. Los elementos constitutivos de la seda de araña (SpiCE), que son proteínas distintas de la espidroína, se han utilizado para aumentar la resistencia a la tracción en el caso de películas de seda compuestas28,29. Además, un dispositivo de microfluidos diseñado para simular de cerca las condiciones iónicas y de pH naturales permitió extraer fibras directamente de la salida y luego enrollarlas en el aire, como en el hilado natural30,31,32. Cada vez es más evidente que los mecanismos detallados que subyacen a la producción de seda de dragalina, incluida la arquitectura celular y la función molecular de la glándula Ma, así como la biocomposición y formación de la seda de dragalina, son fundamentales para la innovación avanzada en fibras11,33.

Para arrojar luz sobre estos mecanismos, en este documento presentamos un genoma de referencia a escala cromosómica de alta calidad para la araña de telaraña dorada Trichonephila clavata, que exhibe un cuerpo colorido y construye una red orbe grande e impresionante (Fig. 1a). Mediante el análisis multiómico de la glándula Ma y la seda de la dragalina, rastreamos los orígenes de los componentes de la seda de la dragalina a partir de los segmentos de la glándula Ma (cola, saco y conducto), dilucidamos las características reguladoras epigenéticas y post-transcriptómicas de los genes de la espidroína y construimos un solo -arquitectura espacial celular de la glándula Ma de tres secciones, que proporciona las primeras definiciones citológicas detalladas de la glándula Ma de araña basadas exclusivamente en la clasificación de la expresión génica relacionada con la seda del segmento, específica del tipo de célula, específica del espacio y dragline. Estos resultados nos permitieron generar un atlas molecular completo de la producción de seda natural dentro de la glándula Ma tri-seccional, aclarando así el mecanismo de generación de la seda de dragalina. Los datos se ampliaron aún más para revelar la evolución convergente de la producción de seda en el gusano de seda Bombyx mori, una especie modelo de otro grupo de artrópodos, y exhibieron las características moleculares compartidas de las glándulas de seda de la araña y el gusano de seda. Se puede acceder a nuestros conjuntos de datos multiómicos en SpiderDB (https://spider.bioinfotoolkits.net) y serán valiosos para futuras exploraciones de los orígenes evolutivos de las estrategias de producción de seda y la creación de sedas de araña biomiméticas.

una fotografía de T. clavata que muestra una hembra adulta y un macho adulto en la red orbe dorada (arriba) y los cariotipos femenino y masculino (abajo). SCS, sistema de cromosomas sexuales. b Diagrama circular que representa el paisaje genómico de los 13 pseudocromosomas (Chr1–13 en una escala Mb). c Veintiocho genes de espidroína de T. clavata anclados en los cromosomas. d Grupos de genes de espidroína de otra araña de tela orbe, T. antipodiana. Los datos genómicos publicados de T. antipodiana35 se analizaron para identificar la información de ubicación de los genes de espidroína. e Catálogo de genes Spidroin de seis especies de arañas de tela orbe. f Agrupación de expresión de las glándulas de seda (ampolla mayor y menor (Ma y Mi), flageliforme- (Fl), tubuliforme- (Tu), agregada- (Ag) y glándulas aciniformes y piriformes (Ac y Py)) y glándulas venenosas. La línea rosa muestra la relación más cercana entre las glándulas Ma y Mi. g Morfología de las glándulas de seda de T. clavata. Se obtuvieron resultados similares en tres experimentos independientes y se resumen en Datos de origen. h Patrones de expresión de 28 genes de espidroína en diferentes tipos de glándulas de seda. Los datos de origen se proporcionan como un archivo de datos de origen.

Para explorar la producción de seda de dragalina en T. clavata, buscamos ensamblar un genoma de alta calidad de esta especie. Por lo tanto, primero realizamos un análisis citogenético de T. clavata capturada en la naturaleza en la ciudad de Dali, provincia de Yunnan, China, y encontramos un complemento cromosómico de 2n = 26 en hembras y 2n = 24 en machos, que comprende once pares de elementos autosómicos y cromosomas sexuales no apareados (X1X1X2X2 en mujeres y X1X2 en hombres) (Fig. 1a). Luego, se usó ADN de T. clavata adulta para generar datos de lectura larga (Oxford Nanopore Technologies (ONT)), lectura corta (Illumina) y datos Hi-C (Datos complementarios 1). Se generaron un total de 349,95 Gb de lecturas de Nanopore, 199,55 Gb de lecturas de Illumina y ~438,41 Gb de datos sin procesar de Hi-C. Nuestro enfoque de ensamblaje secuencial (Fig. 1c complementaria) dio como resultado un genoma de 2,63 Gb con un andamio N50 de 202,09 Mb y una puntuación de integridad del genoma Benchmarking Universal Single-Copy Ortholog (BUSCO) del 93,70% (Tabla 1; Datos complementarios 3). Finalmente, el genoma se ensambló en 13 pseudocromosomas. El análisis Pool-Seq específico del sexo de las arañas indicó que Chr12 y Chr13 eran cromosomas sexuales (Fig. 1b; Fig. 2 complementaria). Con base en la tubería MAKER234 (Fig. 1e complementaria), anotamos 37,607 modelos de genes que codifican proteínas y predijimos elementos repetitivos con una longitud colectiva de 1.42 Gb, lo que representa el 53.94% del genoma.

Para identificar los genes de espidroína de T. clavata, buscamos en los modelos de genes anotados secuencias similares a 443 espidroínas publicadas (Datos complementarios 6) y realizamos un análisis filogenético de las supuestas secuencias de espidroína para la clasificación (Figura complementaria 12a). Con base en el conocimiento de que un gen de espidroína típico consta de un dominio de repetición largo intercalado entre los dominios N/C-terminales no repetitivos16, se identificaron principalmente 128 aciertos no repetitivos. Estos candidatos se validaron y reconstruyeron aún más utilizando datos de secuenciación de isoformas de transcripción completa (Iso-seq) y secuenciación de transcriptomas (RNA-seq). Por lo tanto, identificamos 28 genes de espidroína, entre los cuales 26 eran de longitud completa (Fig. 11a complementaria), incluidos 9 MaSps, 5 espidroínas ampolladas menores (MiSps), 2 espidroínas flageliformes (FlSps), 1 espidroína tubuliforme (TuSp), 2 espidroínas agregadas (AgSp), 1 espidroína aciniforme (AcSp), 1 espidroína piriforme (PySp) y otras 5 espidroínas. Este conjunto completo de genes de espidroína se localizó en nueve de los 13 cromosomas de T. clavata. Curiosamente, encontramos que los genes MaSp1a–c & MaSp2e, MaSp2a–d y MiSp-a–e estaban distribuidos en tres grupos independientes en los cromosomas 4, 7 y 6, respectivamente (Fig. 1c). En particular, utilizando los datos genómicos de otra especie de araña tejedora de orbes, Trichonephila antipodiana35, identificamos distribuciones de grupos homólogos de genes de espidroína en los cromosomas de T. antipodiana (Fig. 1d), lo que indicó la confiabilidad de los resultados de agrupación de nuestro estudio. Cuando comparamos el catálogo de genes de espidroína de T. clavata y los de otras cinco especies de arañas de tela orbe con datos genómicos28,29,36,37, encontramos que T. clavata y Trichonephila clavipes poseían la mayor cantidad de genes de espidroína (28 genes en ambas especies, Fig. 1e).

Para explorar más a fondo la expresión de genes de espidroína en diferentes glándulas, todas las glándulas morfológicamente distintas (glándulas mayores y menores ampolladas (Ma y Mi), flageliformes (Fl), tubuliformes (Tu) y agregadas (Ag)) fueron limpiadas y disecados por separado de arañas T. clavata hembra adultas, excepto las glándulas aciniformes y piriformes, que no pudieron separarse limpiamente debido a sus ubicaciones anatómicas proximales y, por lo tanto, se trataron como una muestra combinada (glándula aciniforme y piriforme (Ac y Py)). Después de la secuenciación del ARN de estas glándulas de seda, realizamos un análisis de agrupación de expresión de datos transcriptómicos y descubrimos que las glándulas Ma y Mi mostraban la relación más cercana en términos de estructura morfológica (Fig. 1g) y expresión génica (Fig. 1f, h). Notamos que los perfiles de expresión de los genes de espidroína eran en gran medida consistentes con sus roles putativos en las correspondientes glándulas de seda morfológicamente distintas; por ejemplo, se encontró expresión de MaSp en la glándula Ma (Fig. 1h). Sin embargo, algunas transcripciones de espidroína, como MiSps y TuSp, se expresaron en varias glándulas de seda (Fig. 1h). Los genes de espidroína no clasificados, como los ricos en Sp-GP, no parecían mostrar una expresión específica de la glándula (Fig. 1h).

En resumen, el genoma a escala cromosómica de T. clavata nos permitió obtener información estructural y de ubicación detallada para todos los genes de espidroína de esta especie. También encontramos un conjunto relativamente diverso de genes de espidroína y una distribución agrupada de MaSps y MiSps en T. clavata.

Para evaluar más a fondo las características moleculares detalladas de la secreción de seda de dragalina mediada por la glándula Ma, realizamos análisis integrados de los transcriptomas de los tres segmentos de la glándula Ma de T. clavata y el proteoma y el metaboloma de la seda de dragalina de T. clavata (Fig. 2a) . El análisis de electroforesis en gel de dodecilsulfato de sodio-poliacrilamida (SDS-PAGE) de seda de dragalina mostró principalmente una banda gruesa por encima de 240 kDa, lo que sugiere una variedad relativamente pequeña de proteínas totales (Fig. 2b). El análisis posterior de cromatografía líquida-espectrometría de masas (LC-MS) identificó 28 proteínas, incluidas diez espidroínas (nueve MaSps y una MiSp) y 18 proteínas no espidroínas (una glucosa deshidrogenasa (GDH), una mucina-19, una proteína de veneno y 15 SpiCE). de seda de dragalina (SpiCE-DS)) (Fig. 2b; Datos complementarios 10). Entre estas proteínas, encontramos que los componentes de la proteína central de la seda de la dragalina en orden de porcentajes de cuantificación absoluta basada en la intensidad (iBAQ) fueron MaSp1c (37,7 %), MaSp1b (12,2 %), SpiCE-DS1 (11,9 %, también denominado SpiCE-NMa1 en un estudio previo28), MaSp1a (10,4 %) y MaSp-like (7,2 %), lo que representa aproximadamente el 80 % de la abundancia total de proteínas en la seda de dragalinas (Fig. 2b). Estos resultados revelaron componentes proteicos potenciales que podrían estar altamente correlacionados con la excelente resistencia y dureza de la seda de dragalina.

a Ilustración esquemática de la segmentación de la glándula Ma. b Análisis de electroforesis en gel de dodecilsulfato de sodio-poliacrilamida (SDS-PAGE) (izquierda) y LC-MS (derecha) de proteína de seda de dragalina. iBAQ, cuantificación absoluta basada en la intensidad. Se obtuvieron resultados similares en tres experimentos independientes y se resumen en Datos de origen. c Clasificación de los metabolitos identificados en la seda de dragalina. d Análisis LC-MS de los metabolitos. e Análisis LC-MS del extracto dorado de seda de dragalinas de T. clavata. El pigmento dorado se extrajo con metanol al 80%. Los cromatogramas de iones extraídos (EIC) mostraron un pico en m/z 206 [M + H]+ para el ácido xanturénico. f Correlación de Pearson de diferentes segmentos de la glándula Ma (cola, saco y conducto). g Agrupamiento de expresiones de la cola, el saco y el conducto. Los datos transcriptómicos se agruparon de acuerdo con el método de agrupamiento jerárquico (HC). h Análisis combinacional del transcriptoma y el proteoma que muestra el perfil de expresión de los genes de seda de dragalina en la cola, el saco y el conducto. i Vía biosintética concisa del ácido xanturénico (metabolismo del triptófano) en la glándula T. clavata Ma. Los niveles de expresión génica asignados al metabolismo del triptófano se muestran en tres segmentos de la glándula Ma. Las enzimas involucradas en la ruta se indican en rojo y los genes que codifican las enzimas se muestran junto a ellas. j Análisis de enriquecimiento de ontología génica (GO) de genes específicos del segmento de la glándula Ma que indican las funciones biológicas de la cola, el saco y el conducto. Los 12 principales términos GO significativamente enriquecidos se muestran para cada segmento de la glándula Ma. Se estableció un valor P <0,05 como criterio para seleccionar términos GO significativamente enriquecidos. Los datos de origen se proporcionan como un archivo de datos de origen.

Para evaluar la composición de la seda de dragalinas de T. clavata, luego evaluamos su composición de metabolitos e identificamos un total de 180 componentes (Datos complementarios 12). Entre los metabolitos, 109 se clasificaron en diez categorías: 34 ácidos orgánicos, 22 compuestos organoheterocíclicos, 16 lípidos, 13 bencenoides, 5 nitrógenos orgánicos, 8 oxígenos orgánicos, 5 nucleósidos, 3 organooxígenos, 2 fenilpropanoides y policétidos y 1 alcaloide (Fig. 2c; Datos complementarios 13). Observamos que el ácido xanturénico (XA, un pigmento amarillo38) era el pigmento más abundante (Fig. 2d), mientras que otros pigmentos amarillos (como carotenoides y flavonoides39,40) no se detectaron en nuestro análisis, lo que implica que XA es el pigmento principal. proporcionando a la seda de dragalina de T. clavata su coloración dorada. La presencia de XA se confirmó aún más mediante el análisis LC-MS (Fig. 2e), de acuerdo con un informe reciente41.

Para explorar el origen de los componentes de la seda de la dragalina de la glándula Ma de tres secciones, nos centramos en las características transcriptómicas de la cola, el saco y el conducto. Determinamos que los perfiles de expresión génica de Tail y Sac estaban más altamente correlacionados entre sí que con los del Conducto (Fig. 2f, g; Fig. 13c complementaria), lo que implica que Tail y Sac tienen funciones moleculares similares. Además, los análisis transcriptómicos y proteómicos combinados revelaron los patrones de expresión de las 28 transcripciones de proteínas de seda de dragline en la cola, el saco y el conducto (Fig. 2h; Datos complementarios 10). En particular, MaSp1a–c y MaSp2e (MaSp-Group1) se coexpresaron mucho en Tail y Sac, y MaSp2a–d (MaSp-Group2) se coexpresaron mucho solo en Sac, mientras que ninguno de estos grupos de proteínas se coexpresó mucho en el conducto, lo que indica que la cola y el saco son los principales segmentos secretores de seda.

Luego usamos los conjuntos de datos de la glándula Ma de tres secciones para rastrear la fuente del metabolito XA. Descubrimos que los genes que codifican enzimas clave involucradas en la vía de biosíntesis de XA (metabolismo del triptófano) se activaron en los tres segmentos de la glándula Ma (Fig. 2i); en particular, un gen de quinurenina aminotransferasa (KAT, Tc09G169510) que codifica las enzimas primarias que catalizan la transaminación de 3-hidroxi-L-quinurenina (3-HK) a XA mostró este patrón. Estos hallazgos sugirieron que XA es secretado por la cola, el saco y el conducto.

Para caracterizar las funciones biológicas específicas de la cola, el saco y el conducto relacionadas con la producción de seda de dragalina, a continuación asignamos términos de ontología genética (GO) para clasificar las funciones de los genes específicos del segmento de la glándula Ma (datos complementarios 14). Encontramos que los términos GO que estaban significativamente enriquecidos en la cola (en relación con el conducto y el saco) estaban relacionados principalmente con la síntesis de ácidos orgánicos (el grupo más grande en el metaboloma de la seda), aquellos en el saco (en relación con el conducto y el saco). cola) se relacionaron principalmente con la síntesis de lípidos (el tercer grupo más grande en el metaboloma de la seda), y los del conducto (en relación con el saco y la cola) se relacionaron con el intercambio de iones (Ca2+ y H+) y la síntesis de quitina (Fig. .2j). Así, se reveló una división segmentaria de las funciones biológicas.

En conjunto, nuestros resultados demuestran un proceso de generación tri-sección de seda de dragalina en la glándula Ma. Por lo tanto, hemos establecido una relación genética entre los componentes de la seda de la dragalina y las glándulas de la cola, el saco y el conducto.

Según los datos de secuenciación de ARN de la glándula Ma, encontramos que los fragmentos totales por kilobase de transcripción por millón de lecturas mapeadas (FPKM) de los genes de seda de dragalina representaron el 47,49 % y el 34,33 % de los valores de FPKM de Tail y Sac, respectivamente. ; sin embargo, en el conducto, estos genes representaron solo el 0,76 % de los valores de FPKM (datos complementarios 11), lo que indica que la transcripción de los genes de seda de dragalina fue increíblemente eficiente en los dos primeros segmentos. En particular, las MaSps dentro de los dos grupos estaban altamente coexpresadas en los segmentos específicos de la glándula Ma (Fig. 2h). Estos hallazgos revelaron un patrón de expresión específico de segmento de genes de seda de dragalina.

Para comprender mejor el modo regulador transcripcional de estos genes, primero investigamos la accesibilidad de la cromatina (CA) en todo el genoma en la cola, el saco y el conducto utilizando el ensayo de cromatina accesible por transposasa con secuenciación (ATAC-seq). Se identificaron un total de 702 037 (Cola), 767 517 (Sac) y 653 361 (Conducto) picos significativos de ATAC (RPKM > 2) en las regiones de 2 kb aguas arriba y aguas abajo de los genes, y 10 501 151 (Cola), 11 356,55 (Sac ), y se identificaron 9 778 368 (conducto) picos significativos de ATAC (RPKM > 2) a nivel del genoma completo. Los gráficos Tail (RPKM medio: 1,78) y Sac (RPKM medio: 2,04) mostraron genes con cromatina más accesible que los gráficos Duct (RPKM medio: 1,59) (Fig. 3a). Luego analizamos el nivel de metilación del ADN en todo el genoma en la cola, el saco y el conducto. Encontramos los niveles más altos de metilación del ADN en el contexto CG (valor beta: 0,12 en Tail, 0,13 en Sac y 0,10 en Duct) y solo una pequeña cantidad en CHH (valor beta: 0,04 en Tail, 0,05 en Sac y 0.03 en Duct) y CHG (valor beta: 0.04 en Tail, 0.05 en Sac y 0.04 en Duct) contextos (Fig. 3b). En general, no hubo diferencias significativas en los niveles de metilación entre Tail, Sac y Duct. Tomados en conjunto, nuestros resultados sugieren un papel regulador potencial de CA en lugar de la metilación del ADN en la transcripción de genes de seda de dragalina.

un diagrama de Metagene de las señales de ATAC-seq y un mapa de calor de las densidades de lectura de ATAC-seq en la cola, el saco y el conducto. La accesibilidad de la cromatina se indicó mediante el valor medio de RPKM (superior) y la región azul (inferior). b Gráfica metagénica de los niveles de metilación del ADN en contextos CG/CHG/CHH en la cola, el saco y el conducto. (c, d) Capturas de pantalla de las pistas de metilación y ATAC-seq de los genes MaSp1b (c) y MaSp2b (d) dentro de Tail, Sac y Duct. Los posibles motivos TF (valor E <1e−10) en el conjunto de picos indicado (2 kb aguas arriba del TSS) se enumeran a la derecha y se ordenan por posición. Los asteriscos representan el motivo TF compartido dentro del grupo MaSp correspondiente. Red de Venn de motivos TF entre MaSp-Group1 y MaSp-Group2. f Niveles de expresión de miRNA y lncRNA en la cola, el saco y el conducto. Los datos se presentan como media ± SD (n = 3 para cada segmento Ma). Los diagramas de caja muestran de mínimo a máximo (bigotes), 25–75 % (caja), mediana (banda interior) con todos los puntos de datos. g red ceRNA de los genes de seda de dragalina.

A continuación, la visualización de los conjuntos de datos de ATAC-seq y metilación de los dos grupos MaSp en un navegador de genoma reveló una tendencia inversa de las señales máximas (Fig. 3c, d; Fig. 16 complementaria). Analizamos motivos potenciales de TF entre los conjuntos de picos de ATAC-seq en las regiones de 2 kb aguas arriba de los sitios de inicio transcripcional (TSS). Identificamos nueve motivos TF específicos de Tail y Sac para MaSp1b (en MaSp-Group 1) y 13 motivos TF específicos de Sac para MaSp2b (en MaSp-Group 2) (Datos complementarios 15; Figura complementaria 17a, b). Curiosamente, notamos que los motivos TF más cercanos a los TSS, como los motivos MYB y homeobox para MaSp-Group 1 y dos motivos C2H2 para MaSp-Group 2, se compartieron dentro de cada grupo MaSp (Fig. 3c, d). Sin embargo, la red de Venn de motivos TF entre MaSp-Group1 y MaSp-Group2 mostró poca similitud entre Tail, Sac y Duct (Fig. 3e). Por lo tanto, concluimos que había un patrón regulatorio común dentro de cada grupo MaSp pero un patrón regulatorio diferenciado entre los dos grupos MaSp.

Para investigar el impacto de los ARN endógenos competidores (ARNce: un sistema regulador postranscripcional implementado por miARN y lncRNA42) correspondientes a la regulación de los genes de seda de dragalina, realizamos un análisis transcriptómico completo de la glándula Ma triseccional e identificamos un total de 527 miRNAs (179 en la Cola, 167 en el Saco, 181 en el Conducto) y 10,110 lncRNAs (240 en la Cola, 982 en el Saco y 4808 en el Conducto) (Fig. 3f). A partir de estos datos, construimos pares potenciales de interacción lncRNA-miRNA-mRNA usando los algoritmos miRanda43 y RNAhybrid44 para identificar el sitio de unión potencial entre miRNA y lncRNA/mRNA, y luego visualizamos las redes de interacción usando el software Cytoscape45. Como se muestra en la Fig. 3g, la red de ceRNA de genes de seda de dragalina constaba de 28 lncRNA, 21 miRNA y 13 mRNA. Sorprendentemente, notamos que las redes ceRNA de MaSp1a-c y MaSp2e (MaSp-Group 1) estaban estrechamente agrupadas, al igual que las de MaSp2a-d (MaSp-Group 2); tres lncRNA (LXLOC_047988, LXLOC_047990 y LXLOC_051464) en la red MaSp-Group 1 se expresaron altamente en la glándula Ma (Fig. 18 complementaria); un lncRNA (LXLOC_070389) y cuatro miRNAs (novel_mir42, novel_mir46, novel_mir166 y miR-285_3) en la red MaSp-Group 2 se expresaron altamente en la glándula Ma (Fig. 18 complementaria); además, las redes de ceRNA de los dos grupos de MaSp eran independientes entre sí (Fig. 3g; Fig. 18 complementaria). Estos resultados revelaron además posibles redes postranscripcionales y el patrón corregulador diferenciado de los genes en los dos grupos MaSp en la glándula Ma.

En resumen, observamos una gran cantidad de firmas epigenéticas y ceRNA asociadas con la transcripción eficiente y específica del segmento de genes de seda de dragalina. Nuestros datos sugirieron la existencia de estrategias de regulación diferencial en los tres segmentos de la glándula Ma dedicados a lograr la expresión génica jerárquica de las MaSps.

Para explorar más a fondo la base citológica relacionada con la organización jerárquica de la glándula Ma, generamos patrones unicelulares y espaciales de expresión génica en la glándula Ma completa de T. clavata. Se obtuvo un total de 9349 células individuales (SC) de alta calidad después del control de calidad, y luego se dividieron en diez grupos a través del agrupamiento de aproximación y proyección de colector uniforme (UMAP) (Fig. 4a). Con base en el análisis GO de los genes marcadores específicos del grupo combinados con los perfiles de expresión de los genes específicos del segmento en cada grupo (Fig. 21 complementaria y Nota complementaria "Anotación de tipo celular"), llevamos a cabo las anotaciones finas de diez grupos SC , a saber, grupo 1: célula de origen de la glándula Ma (MaGO), grupo 2: célula de síntesis del grupo MaSp (MG1S), grupo 3: célula de síntesis de quitina (CS), grupo 4: célula desconocida, grupo 5: célula del esqueleto de la luz ampulada ( ALS), grupo 6: celda de transporte de iones (IT), grupo 7: celda de síntesis de lípidos (LS), grupo 8: celda de ajuste de pH (PA), grupo 9: celda de síntesis MaSp-Group 2 I (MG2S I) y grupo 10: Célula de síntesis II de MaSp-Group 2 (MG2S II), y delineó sus fuentes desde Tail (clusters 1 y 2), Sac (clusters 1, 2, 5, 7, 9, 10) y Duct (clusters 1, 3, 4, 6, 8) (Fig. 4a).

un análisis de proyección y aproximación múltiple uniforme (UMAP) de los tipos de células en la glándula Ma y su agrupación en diez grupos de células. Los números en círculos rellenos de blanco indican grupos de células. Los grupos ubicuos se muestran en la serie amarilla, los grupos Sac en la serie verde y los grupos Duct en la serie azul. b Trayectoria en pseudotiempo de todas las células glandulares de 9349 Ma. Cada punto indica una sola celda, codificada por color por el grupo como en (a). Los números en círculos negros indican sucursales. Las flechas negras indican el inicio de la trayectoria. c Tinción con hematoxilina y eosina de secciones de glándulas Ma y agrupación imparcial de puntos transcriptómicos espaciales (ST). Las líneas punteadas representan el contorno de la glándula Ma. Se obtuvieron resultados similares en tres experimentos independientes y se resumen en Datos de origen. d UMAP y ST presentan gráficos de la expresión de genes en el grupo MaSp. e Mapa de calor que muestra la expresión de genes específicos del segmento de la glándula Ma en cada tipo de célula y cada grupo ST junto con los términos GO correspondientes. Los datos de origen se proporcionan como un archivo de datos de origen.

Para discernir cómo se desarrollan la cola, el saco y el conducto dentro de la glándula Ma, ordenamos todas las células individuales de acuerdo con el pseudotiempo y construimos una trayectoria de desarrollo. Esto resultó en un continuo de células con tres puntos de ramificación distintos. Descubrimos que un conjunto de células del grupo 1 (grupo SC ubicuo) se ensamblaron al comienzo del período de pseudotiempo y se bifurcaron gradualmente en cuatro puntos finales que representan dos segmentos (el saco y el conducto) de la glándula Ma, con los grupos dispuestos en diferentes sitios de ramificación (Fig. 4b). Investigamos más a fondo las trayectorias de desarrollo de Tail, Sac y Duct por separado. Como era de esperar, la mayoría de las células del grupo 1 se ensamblaron al comienzo del período de pseudotiempo, mientras que las células Sac (grupos 2, 5, 7, 9 y 10) y las células Duct (grupos 3, 4, 6, 8) fueron ensambladas. agrupados en diferentes ramas (Fig. 4b; Fig. 23 complementaria). Estos resultados identificaron el grupo SC 1 como la célula de origen de la glándula Ma y proporcionaron información sobre las trayectorias de diferenciación de las células de la glándula Ma durante las transiciones de estado celular.

A continuación, evaluamos la organización espacial de las poblaciones celulares en las secciones de la glándula Ma. Este conjunto de datos contenía información de expresión génica de un recurso generado en 579 puntos transcriptómicos espaciales (ST) dentro de las secciones de la glándula Ma (Fig. 4c). Después de analizar las firmas transcripcionales de los puntos ST, identificamos siete grupos de puntos (uno en la cola, cuatro en el saco y dos en el conducto). Como primera demostración de los patrones de expresión de genes unicelulares y espaciales en la glándula Ma, visualizamos la expresión de los genes MaSp-Group1 y MaSp-Group2 en gráficos de características UMAP y ST para localizar mejor las células secretoras de proteínas de seda dentro de nuestras células capturadas. poblaciones celulares. Curiosamente, encontramos que los genes MaSp-Group1 se expresaron de manera prominente en los grupos Tail y Sac (grupos SC 1, 2, 5, 7, 9 y 10 y grupos ST "a–f"), mientras que los genes MaSp-Group2 se expresaron predominantemente en los grupos Sac (grupos SC 9-10 y grupo ST "d") (Fig. 4d; Fig. 22a complementaria). Por lo tanto, los genes exhibieron patrones específicos de grupos celulares y espaciales de acuerdo con los resultados de scRNA-seq y ST que fueron consistentes con los resultados de los análisis de expresión y regulación (Figs. 2h, 3c, d, g).

Para caracterizar los grupos SC y ST identificados relacionados con la función molecular de la glándula Ma, seleccionamos 35 de los genes específicos del segmento identificados en los transcriptomas del segmento para realizar análisis de expresión basados ​​en los conjuntos de datos scRNA-seq y ST. Encontramos que SC cluster 2 y ST cluster "a" eran conjuntos principales con las funciones del proceso metabólico de ácidos orgánicos y la actividad de oxidorreductasa; SC cluster 7 y ST cluster "e" fueron conjuntos principales con las funciones del proceso metabólico de lípidos y la actividad de la transferasa; SC cluster 6 y ST cluster "f" fueron conjuntos principales con la función de unión de iones de calcio; El grupo SC 3/8 y el grupo ST "c/g" fueron conjuntos principales con la función del complejo de ATPasa de tipo V transportador de protones; y SC cluster 3 y ST cluster "f" fueron conjuntos principales con la función de unión a quitina (Fig. 4e; Figs. Suplementarias 25, 26).

En resumen, la descripción anatómica y molecular detallada de la glándula Ma reveló un solo tipo de célula dentro de la cola y múltiples tipos de células dentro del saco y el conducto, lo que destaca la diferenciación funcional y de desarrollo de la glándula Ma en la sección triple.

Para extender nuestra investigación a un organismo modelo establecido que también ha desarrollado glándulas especializadas para hilar seda, elegimos el gusano de seda, Bombyx mori, que tiene una posición filogenética distinta de las arañas en el filo Arthropoda46. A través de observaciones anatómicas, notamos una convergencia morfológica de la glándula de hilado de seda entre la glándula de T. clavata Ma (cola, saco y conducto) y la glándula de seda de B. mori (glándula de seda posterior (PSG), glándula de seda media (MSG ), y glándula de seda anterior (ASG)), lo que indica una correspondencia uno a uno de la arquitectura tri-sección (Fig. 5a, b). También encontramos una cantidad similar de tipos de células de glándulas de seda entre T. clavata y B. mori47 pero anotaciones diferenciadas, excepto por el proceso relacionado con la quitina en el conducto / ASG (Fig. 5b; Fig. 29 complementaria). Nuestros estudios previos revelaron defectos en el hilado de seda por gusanos de seda causados ​​por deficiencia estructural del PSG y ASG48,49. Sin embargo, aún no se ha establecido el sistema de manipulación genética para las arañas. Para examinar si el segmento restante de la glándula de seda del gusano de seda es necesario para la producción adecuada de seda, utilizamos la sobreexpresión transgénica (OE) impulsada por el promotor ser1 de una citotoxina de mariposa (pierisina-1A, P1A50) para generar un gusano de seda deficiente en MSG (P1A- OE) (Fig. 5c). Descubrimos que el MSG de la cepa P1A-OE se truncó con éxito y que estos gusanos de seda no lograron hacer girar un capullo (Fig. 5c), de acuerdo con los fenotipos de los gusanos de seda con deficiencia de PSG y ASG48,49. Nuestros resultados demostraron además que la arquitectura de tres secciones de la glándula de seda es esencial para el hilado de seda.

a Morfología de la glándula Ma de T. clavata, la seda de dragalina, la glándula de seda de B. mori y la seda de capullo. Los recuadros muestran secciones transversales de hilos de seda. Se obtuvieron resultados similares en tres experimentos independientes y se resumen en Datos de origen. b Ilustración esquemática que muestra la convergencia morfológica de la glándula Ma de T. clavata, con la cola, el saco y el conducto indicados (arriba), y la glándula de seda de B. mori, con la PSG, MSG y ASG indicadas (abajo). c Construcción del vector transgénico piggyBac (arriba) y fenotipos de glándulas de seda de las cepas P1A-OE y de tipo salvaje (WT) en gusanos de seda (abajo). Ser1-P, promotor Ser1. 3 × P3-P, 3 × promotor P3. Terminador SV40-T, SV40. L5D7 representa el día 7 del quinto estadio. Las flechas indican el proceso de producción de seda y una cruz roja indica que el proceso fue bloqueado. d Alineación de secuencias de las proteínas Hsp20 ortólogas (Tc04G175120 y BMSK0007630) en arañas y gusanos de seda. La línea roja indica la región de edición. La flecha muestra la distribución de los alelos identificados alrededor del sitio de escisión del sgRNA. Se exhibieron las 16 mejores secuencias con un alto porcentaje. e Rendimiento del peso del capullo, el peso de la pupa y la tasa de capa del capullo de la cepa de gusano de seda knockout Hsp20 basada en CRISPR/Cas9. Los datos se presentaron como media ± SD (n = 3). Las comparaciones estadísticas se realizaron utilizando la prueba t de Student de dos colas. ns indica no significativo. **Valor p <0,01. La flecha indica el proceso de producción de la seda. La línea roja que termina en un travesaño indica que el proceso fue suprimido. f Convergencia funcional molecular de la glándula Ma de T. clavata y la glándula de seda de B. mori según el análisis del término GO. Se estableció un valor P < 0,05 como criterio para seleccionar términos GO significativamente enriquecidos. g Convergencia de expresión génica ortóloga entre la glándula Ma de T. clavata y la glándula de seda de B. mori. h, i Convergencia de componentes de proteína (h) y metabolito (i) entre sedas producidas por T. clavata y B. mori. Se analizaron los metabolitos con un porcentaje de intensidad total superior al 90%. Los principales metabolitos en la seda de dragalina de T. clavata y la seda de capullo de B. mori se indican en rojo. Los datos de origen se proporcionan como un archivo de datos de origen.

Para investigar más a fondo la convergencia entre estas dos especies, realizamos una alineación de blastp de genoma completo e identificamos 9593 y 7355 genes ortólogos en T. clavata y B. mori, respectivamente. De estos pares de ortólogos de genes asignados, seleccionamos el par Hsp20 (Tc04G175120 y BMSK0007630) debido a la alta identidad de secuencia del 87.1% entre T. clavata y B. mori (Fig. 5d); además, Hsp20 se expresó en las glándulas de seda tanto de T. clavata como de B. mori y sirvió simultáneamente como un gen marcador del grupo SC 5 de la glándula Ma de T. clavata (Datos complementarios 17), que codifica una pequeña proteína de choque térmico que actúa como una proteína chaperona para proteger a otras proteínas contra el mal plegamiento y la agregación51. A continuación, realizamos un knockout (KO) basado en CRISPR/Cas9 de Hsp20 en gusanos de seda e identificamos con éxito indels (96,46 %) en el sitio de destino del sgRNA de Hsp20 (Fig. 5d). Curiosamente, encontramos que la producción de seda (peso del capullo y tasa de capa del capullo) de la cepa Hsp20-KO fue significativamente menor que la del tipo salvaje (Fig. 5e). A partir de estos resultados, concluimos que la Hsp20 ortóloga desempeñó un papel positivo en la producción de seda tanto en la araña investigada como en el gusano de seda.

Para investigar más a fondo las firmas moleculares del hilado de seda en busca de evidencia de evolución convergente en la araña y el gusano de seda, a continuación realizamos análisis transcriptómicos, proteómicos y metabolómicos comparativos de las glándulas de seda triseccionales y sedas de T. clavata y B. mori. Se identificaron términos GO compartidos entre cada región correspondiente de la glándula de seda de T. clavata y B. mori. Descubrimos que tres términos GO (unión de iones de calcio, unión de quitina y transducción de señales) se enriquecían comúnmente en el conducto y ASG y que un término GO (proceso metabólico de ácidos grasos) se enriquecía comúnmente en Sac y MSG (Fig. 5f) . Estos términos GO compartidos eran específicos de la glándula de seda y no se identificaron en otros tipos de tejido (hemocito y ovario) (Fig. 30 complementaria). A continuación, realizamos una detección genética única para cada segmento de la glándula de seda utilizando una canalización personalizada (Fig. 28a complementaria). Encontramos que 42, 6 y 2 pares de genes ortólogos se coexpresaron en Duct y ASG, Sac y MSG, y Tail y PSG, respectivamente (Fig. 5g; Datos complementarios 20). Curiosamente, encontramos que siete pares de genes ortólogos involucrados en la familia de ATPasa de tipo V, que codifican factores clave involucrados en la regulación de la fibrilogénesis de la seda52, estaban significativamente regulados al alza tanto en el conducto como en el ASG (Fig. 5g). Nuestros resultados indicaron una mayor consistencia entre Duct y ASG en funciones moleculares que entre Sac y MSG o Tail y PSG.

Luego exploramos si los componentes de las sedas de araña y gusano de seda mostraban convergencia al realizar análisis de Venn de los proteomas y metabolomas de seda en las dos especies (Figura complementaria 28b). Descubrimos que la mucina-19 y la GDH eran las dos únicas proteínas existentes tanto en la seda de dragalina de T. clavata como en la seda de capullo de B. mori y, lo que es más interesante, estas proteínas fueron sintetizadas y secretadas principalmente por Tail/PSG y Sac/MSG (Fig. 5h). También identificamos seis metabolitos comunes en estas dos sedas: colina, ácido N-metil-α-aminoisobutírico, ácido DL-málico, D(-)-treosa, 4-oxoprolina y ácido L-treónico (Fig. 5i). Entre estos metabolitos, vale la pena señalar que la colina, un componente de los fosfolípidos en las membranas celulares53, y el ácido DL-málico, que actúa como conservante o ajustador de pH54, fueron los principales metabolitos de la seda de dragalina y la seda de capullo (Fig. 5i) . Por lo tanto, especulamos que la secreción de seda de las células glandulares al lumen está acompañada por la liberación de colina de la membrana celular y que, en la seda natural, el ácido DL-málico confiere características anti-putrefacción y anti-bacterias.

En resumen, las características moleculares compartidas de las glándulas de seda de tres secciones de una araña y un gusano de seda indicaron una evolución convergente en casos similares relacionados con el hilado de seda y proporcionaron información valiosa sobre la función de las glándulas de seda y la biosíntesis de la seda.

Aquí, informamos el primer ensamblaje del genoma de referencia a escala cromosómica de T. clavata. Este genoma de alta calidad, combinado con análisis multiómicos, permitió dilucidar los procesos de biosíntesis de la seda en la glándula Ma triseccional. Nuestros hallazgos nos llevaron a plantear la hipótesis de que la cola realiza la función principal en la secreción de MaSps, mientras que el saco, que actúa como un sitio de almacenamiento, secreta una amplia gama de proteínas (MaSps y proteínas que no son espidroína), y el conducto desempeña un papel limitado en la secreción de proteínas. pero un papel crucial en la transición estructural de proteínas20,21,24.

Proponemos un modelo molecular que describe exhaustivamente el mecanismo subyacente a la biosíntesis de la seda de la dragalina en la glándula Ma de T. clavata (Fig. 6): (i) La cola, que consta de dos tipos de células ubicuas, es el sitio principal de secreción de ácidos orgánicos y 13 proteínas de seda de dragalina que constituyen la capa interna de la seda de dragalina. La presencia de ácidos orgánicos puede afectar la solubilidad de las proteínas en agua al alterar los estados conformacionales55. En la cola, estos 13 genes de seda de dragline están altamente activados, entre los cuales los transcritos que codifican las proteínas MaSp-Group 1 son los componentes dominantes. La CA relativamente alta en este segmento, junto con la metilación de mCG, podría contribuir a esta abundante expresión génica. (ii) El saco, que consta de dos tipos de células omnipresentes y cuatro únicos, es el sitio principal de secreción de lípidos y 28 proteínas de seda de dragalina que constituyen la capa intermedia de la seda de dragalina. Los lípidos actúan como una capa que envuelve la seda de la dragalina para regular su contenido de agua55. Estos 28 genes de seda de dragalina también están altamente activados en el Sac, entre los cuales MaSp-Group1, MaSp-Group2, MaSp-like, SpiCE-DS1, SpiCE-DS2, SpiCE-DS4 y SpiCE-DS13 son los componentes dominantes. La metilación relativamente alta de CA y mCG también podría contribuir a la alta expresión génica observada en este segmento. (iii) El conducto, que consta de un tipo de célula omnipresente y cuatro únicos, es el sitio principal de secreción de quitina, proteínas cuticulares, iones (Ca2+ y H+) y 13 proteínas de seda de dragalina. La quitina y las proteínas cuticulares forman la íntima cuticular, donde se generan las fuerzas de cizallamiento21,56. Los iones son responsables de un estado de flujo multidimensional, incluido el intercambio de iones, la formación de gradientes de pH y la deshidratación11,20, y las 13 proteínas de seda de dragalina constituyen la capa exterior de la seda de dragalina. La transcripción de los genes de la seda de la dragalina es menos activa en el Conducto que en la Cola y el Saco, y solo el 0,76% de las transcripciones provienen de estos genes. CA relativamente bajo en este segmento, junto con la metilación de mCG, podría contribuir a esta disminución en la expresión. En general, nuestros resultados no solo definen los componentes proteómicos y metabólicos de la seda de dragalina, sino que también rastrean sus orígenes en la glándula Ma triseccional. El número de tipos de células en la cola, el saco y el conducto se correlaciona positivamente con la diversidad de sus funciones.

Los círculos sólidos de color naranja representan los genes con un FPKM > 10 000, y los círculos huecos de color naranja representan los genes con un FPKM < 10 000, accesibilidad a la cromatina CA, metilación de Me. Se utilizó Adobe Illustrator 2020 para crear la imagen.

Nuestros resultados proporcionan pistas genómicas para la biosíntesis ordenada jerárquicamente de espidroínas. Documentamos que los genes MaSp1a–c & MaSp2e, MaSp2a–d y MiSp-a–e se distribuyen en tres grupos distintos. Además, demostramos que las MaSps dentro de cada uno de estos grupos exhibieron perfiles de expresión SC y ST concertados en la glándula Ma triseccional. También identificamos los motivos TF comunes específicos de grupo a nivel epigenético y construimos redes de lncRNA-miRNA-mRNA específicas de grupo a nivel de ceRNA. Dichos resultados revelaron nuevas características estructurales, de expresión y reguladoras de los genes de espidroína que no se han informado en otros genomas de araña. Se cree que las espidroínas ejercen influencias importantes en las propiedades mecánicas de la seda de dragalinas16,57,58. Como las distribuciones de grupo de los genes de espidroína ya se han identificado en los genomas de araña de alta calidad de T. antipodiana35 y Latrodectus elegans59 con proteínas de espidroína catalogadas, nuestros datos llenan un importante vacío de información con respecto a la disposición de los genes de espidroína en cromosomas completos y brindan una visión general. punto de entrada para la diferenciación mecánica de la seda y el estudio adicional de la evolución del genoma de la araña.

Además de los hallazgos genómicos anteriores, nuestros resultados proporcionan pistas celulares para la organización de tres secciones y la división funcional de la glándula Ma. Si bien estudios previos han demostrado que hay dos o tres tipos de células que secretan espidroínas en la glándula Ma de las arañas de tela orbe21,60, la cantidad de tipos de células en la glándula Ma ha sido un tema de debate. Los hallazgos divergentes sobre estos tipos de células han sugerido que pueden variar entre especies, pero probablemente también reflejen dificultades tecnológicas en la captura de células intactas después de la preparación de muestras para estudios celulares y morfológicos20,21,61. Nuestro estudio proporciona datos bien verificados de scRNA-seq y ST que indican la existencia de diez tipos de células en toda la glándula Ma, lo que contribuye a responder esta pregunta controvertida. La fascinante arquitectura espacial unicelular de la glándula indica además la trayectoria de diferenciación de las células de la glándula Ma durante las transiciones de estado celular, lo que sugiere que el saco y el conducto se derivan del tipo de célula temprana presente en la cola a través de la diferenciación celular.

Nuestros análisis genómicos, proteómicos y metabolómicos revelan más detalles sobre la generación de seda en las glándulas productoras de seda. Los estudios físicos y de materiales han demostrado que la droga de seda líquida se transforma en fibra insoluble a través de los efectos combinados del pH y los gradientes iónicos, así como las fuerzas de extensión y cizallamiento a medida que migra a través de la glándula de seda3,62. Nuestro trabajo proporciona evidencia biológica de este papel de la glándula de seda y demuestra además una alta convergencia de varias funciones moleculares en el conducto de la glándula Ma de la araña y el ASG del gusano de seda, incluida la unión de iones de calcio, la unión de quitina, la transducción de señales y el transporte de H+ tipo V. Expresión de ATPasa. Tales superposiciones eran específicas de la glándula de seda y no se identificaron en otros tipos de tejido (hemocito y ovario) (Fig. 30 complementaria). Además, identificamos componentes de seda convergentes en sedas de araña y gusano de seda, incluidas dos proteínas (mucina-19 y GDH) y dos metabolitos principales (colina y ácido DL-málico). Estos aspectos análogos indicaron procesos críticos y componentes esenciales para la formación de seda, que contribuyen a comprender la evolución de la hilatura de seda y pueden utilizarse como referencias para la optimización de dispositivos de hilatura artificial basados ​​en conductos y el diseño de soluciones de proteína de seda en hilatura artificial.

En conclusión, nuestro trabajo actual ilustra exhaustivamente la base biológica de la formación de seda de dragalina en una araña tejedora de orbes. Hasta donde sabemos, este estudio es el primero en revelar el mecanismo biológico del hilado de la seda en las arañas con tanto detalle. Creemos que el genoma de referencia a escala cromosómica de la araña de telaraña dorada y el atlas molecular de la glándula Ma de tres secciones que se presentan aquí facilitarán la comprensión del proceso de hilado de la seda de araña en las arañas y servirán además como una poderosa plataforma para estudios evolutivos de los organismos que tejen la seda. Más importante aún, las características moleculares significativas reveladas por nuestros resultados y los conjuntos de datos generados deberían, en última instancia, allanar el camino para producir sedas sintéticas optimizadas mediante manipulaciones genéticas y biomiméticas.

Las arañas T. clavata fueron capturadas en la naturaleza en la ciudad de Dali, provincia de Yunnan, China. Las arañas T. clavata hembras adultas capturadas se cultivaron en interiores a 25 °C y se tomaron muestras de sus huevos al tercer día después del desove para el cariotipo de ADN. Aproximadamente 20 huevos fueron machacados con pinzas, mezclados con 1,5 mL de colchicina al 0,05% durante tres horas, inmovilizados con solución de KCl 0,075 mol/L (20 min) y fijados en solución de metanol:ácido acético (3:1) (30 min) . La suspensión de células se dejó caer sobre portaobjetos de vidrio preenfriados, se secó con llama, se tiñó con una solución de Giemsa al 5 % (50 min), se enjuagó con agua corriente y se secó al aire. Los cariotipos cromosómicos se observaron utilizando un microscopio Olympus con un aumento de 40x.

Para capturar de manera más completa el conjunto de genes de T. clavata, se diseccionaron los siguientes 18 tejidos frescos (Datos complementarios 1) en solución de PBS: cuerpo femenino (TcF), cuerpo masculino (TcM), hemolinfa (Hem), pedipalpos (Ped), piernas (Pierna), epidermis (Epi), cuerpo graso (Fat), ovario (Ova), glándula venenosa (Ven), glándula ampollada mayor entera (Ma), cola de la glándula Ma (Cola), saco de la glándula Ma ( Sac), conducto de la glándula Ma (Duct), glándula ampolla menor (Mi), glándula tubuliforme (Tu), glándula flageliforme (Fl), glándula agregada (Ag) y glándulas aciniformes y piriformes (Ac y Py); y se realizaron tres réplicas biológicas independientes para cada muestra. Luego, el ARN total se extrajo con el reactivo TRIzol y se secuenció en la plataforma DNBSEQ.

Para mejorar la calidad de la anotación del gen de la espidroína, también realizamos la secuenciación del transcriptoma de longitud completa. Se mezclaron siete tejidos de glándulas de seda (glándulas Ma, Mi, Tu, Fl, Ag, Ac y Py) para construir bibliotecas para secuenciación Isoform (Iso-seq) en la plataforma PacBio. Para reducir el sesgo de fragmentos, construimos dos bibliotecas: una de 0 a 10 kb y la otra de 5 a 10 kb.

Para el ensamblaje de novo del genoma de T. clavata (Fig. 1c complementaria), las lecturas largas de Nanopore se corrigieron inicialmente usando Canu v2.263 con los parámetros predeterminados, y SMARTdenovo (https://github.com/ruanjue/smartdenovo) fue posteriormente empleado para producir los contigs primarios. Luego, se realizaron tres rondas de corrección de contig utilizando Racon v1.5.064. Para mejorar la precisión del ensamblaje, se utilizó Pilon v1.2465 para el pulido continuo basado en lecturas cortas de Illumina. Las lecturas cortas emparejadas de Hi-C se recortaron principalmente con Hic-pro v2.1066, y las lecturas optimizadas se asignaron al draft contig con Juicer v1.6.267 usando 3D-DNA v18041968 para la construcción de pseudocromosomas y la herramienta Juicebox v1.967 para correcciones manuales.

Se identificó de novo una base de datos repetida personalizada de T. clavata mediante el uso de RepeatModeler v269 y LTR_FINDER v1.0670. Luego, las secuencias repetidas obtenidas se importaron a RepeatMasker v4.0571 para buscar elementos transponibles (TE) en el genoma. Se utilizó Tandem Repeats Finder v4.0972 para encontrar repeticiones en tándem.

La predicción de la estructura génica se basó en datos de homología y predicción de novo. Los archivos de datos incluían datos de RNA-seq (RNA-seq de 17 tejidos), datos de Iso-seq y secuencias de proteínas de especies estrechamente relacionadas (cuatro especies: A. ventricosus, A. bruennichi, T. antipodiana y T. clavipes) . Se utilizó el software AUGUSTUS v3.2.373 (http://bioinf.uni-greifswald.de/) para la predicción de genes de novo. Las anotaciones de genes basadas en evidencia se produjeron en la canalización MAKER234 con los parámetros predeterminados. Luego, integramos los resultados de MAKER y de novo según los siguientes criterios de selección: la proporción de secuencias repetidas fue inferior al 50 %, la longitud de la secuencia de la proteína fue superior a 50 aa, el valor de FPKM fue superior a 0,1 en al menos diez muestras , y la secuencia fue respaldada por evidencia Iso-seq (identidad> 95%) o una secuencia correspondiente de al menos una especie estrechamente relacionada (valor E> 1e-5, identidad> 50%).

Se descargaron un total de 443 secuencias de espidroína redundantes (Datos complementarios 6) de la base de datos de proteínas NCBI (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/protein). Todas las secuencias de proteínas de T. clavata se usaron para alinear estas espidroínas por blastp (valor E < 1e-10), y se identificaron principalmente 128 aciertos no repetitivos. Para identificar de manera más confiable las espidroínas, verificamos dos veces que cada secuencia incluyera repeticiones típicas y extremos N o C, y finalmente se identificaron las 28 espidroínas putativas finales.

Brevemente, (1) 79 secuencias completas de espidroína, 48 secuencias N-terminales y 22 secuencias C-terminales (Datos complementarios 7) se asignaron al genoma de T. clavata para generar los archivos de seguimiento GFF utilizando la herramienta genBlast v13874; (2) los archivos BAM de los datos Iso-seq de la glándula de seda y los datos de RNA-seq de la glándula de seda se extrajeron como pistas de datos de expresión; (3) los archivos GFF3 de los 28 spidroins se extrajeron como una pista; (4) los archivos de seguimiento de los tres pasos anteriores se importaron a IGV v2.9.475 y la integridad de cada spidroin se verificó manualmente; y (5) la secuencia de ADN de la espidroína incompleta en las regiones correspondientes del genoma se truncó y luego se reparó en función de la traducción y predicción del cambio de marco utilizando la herramienta en línea AUGUSTUS v3.2.373 (http://Augustus.gobics.de/).

El contenido de aminoácidos y los motivos se cuantificaron utilizando un script Perl. Los motivos incluían (GA)n, (A)n, GGX, XQQ y GPGXX. La O-glicosilación se predijo con la herramienta NetOGlyc v4.076.

La seda de dragalina de la araña T. clavata y la seda de capullo del gusano de seda B. mori se cortaron con tijeras (Datos complementarios 1). Primero, las muestras de seda (n = 3, 20 mg de cada muestra) se disolvieron en 500 μL de LiSCN 9 M y el sobrenadante se recolectó después de la centrifugación (10,000 × g, 10 min). Las concentraciones de proteínas se midieron mediante el ensayo de proteínas de Bradford (Beyotime, China). Luego, las muestras se diluyeron 10 veces en una solución de urea 8 M, se mezclaron con tampón 5 × SDS-PAGE y se separaron usando un gel de proteína NuPAGE 4-12% Bis-Tris (Thermo Fisher Scientific, EE. UU.). Posteriormente, las muestras se digirieron con tripsina (1/50 μg de proteína) durante 20 h a 37 °C. Las muestras digeridas se liofilizaron y resuspendieron en ácido fórmico (FA) al 0,1 % y luego se midieron mediante LC-MS/MS en una columna Q Exactive HF-X (Thermo Fisher Scientific, EE. UU.). El gradiente se fijó como 5–95 % de acetonitrilo en ácido fórmico al 0,1 %. El caudal y el tiempo de análisis fueron 600 nL/min y 70 min, respectivamente. Los parámetros del instrumento fueron los siguientes: la exploración MS completa osciló entre m/z 350 y 1500 con una resolución de 60 000 (a m/z 200); el valor objetivo del control automático de ganancia (AGC) fue de 3 × 106 y el tiempo máximo de inyección de iones fue de 20 ms; los 40 principales precursores de mayor abundancia en el escaneo completo se seleccionaron y fragmentaron mediante disociación por colisión de mayor energía (HCD) y se analizaron en MS/MS, donde la resolución fue de 15 000 (a m/z 200), el valor objetivo de AGC fue 1 × 105, el tiempo máximo de inyección de iones fue de 45 ms, la energía de colisión normalizada se estableció en 27 %, el umbral de intensidad fue de 2,2 × 104 y el parámetro de exclusión dinámica fue de 20 s. Los datos de MS sin procesar resultantes se analizaron con MaxQuant v1.3.0.577. Las búsquedas de MaxQuant se realizaron en la base de datos SpiderDB (https://spider.bioinfotoolkits.net) que contiene 37 607 secuencias de proteínas. Los parámetros de búsqueda fueron los siguientes: la oxidación de metionina y la acetilación N-terminal se establecieron como modificaciones variables, y la carbamidometilcisteína se estableció como modificación fija; la longitud mínima del péptido se fijó en siete aminoácidos y se permitió un máximo de dos desdoblamientos erróneos; tanto las identificaciones de péptidos como de proteínas se filtraron a una tasa de descubrimiento falso del 1%; la proteína identificada requería al menos un péptido único y se eliminaron todos los impactos inversos y contaminantes comunes. En función de la suma de las intensidades máximas, se utilizó el algoritmo de cuantificación absoluta basada en la intensidad (iBAQ) en MaxQuant para calcular la abundancia de proteínas.

Se usaron muestras de seda de dragalina triturada y seda de capullo (n = 6, 20 mg de cada muestra) para la extracción de metabolitos (Datos complementarios 1). Cada muestra de seda se colocó en un tubo, se homogeneizó en 500 μL de metanol al 80 %, se mantuvo en hielo durante 10 min y se centrifugó a 15 000 × g durante 20 min a 4 °C. El sobrenadante (250 µL por muestra) se recogió para experimentos de LC-MS/MS y se inyectó en una columna de oro Hypesil (C18, 100 × 2,1 mm, 1,9 μm) usando un gradiente lineal de 17 min a un caudal de 0,2 ml/min. Los eluyentes para el modo de polaridad positiva fueron el eluyente A (0,1% FA en agua) y el eluyente B (metanol). Los eluyentes para el modo de polaridad negativa fueron el eluyente A (acetato de amonio 5 mM, pH 9,0) y el eluyente B (metanol). El gradiente de disolvente se fijó como sigue: 2% B, 1,5 min; 2–100 % B, 3 min; 100% B, 10 minutos; B al 100–2 %, 10,1 min; B al 2%, 12 min. El espectrómetro de masas Q Exactive HF (Thermo Fisher Scientific, EE. UU.) se hizo funcionar en modo de polaridad positiva/negativa con un voltaje de pulverización de 3,5 kV, una temperatura capilar de 320 °C, un caudal de gas envolvente de 35 psi y un caudal de gas auxiliar de 10 L/min, nivel de RF de lente S de 60, temperatura del calentador de gas auxiliar de 350 °C. El escaneo completo osciló entre m/z 350 y 1500 con una resolución de 60 000 (a m/z 200). El valor objetivo de AGC fue de 3 × 106 y el tiempo máximo de inyección de iones fue de 20 ms. Los 40 principales precursores de los más abundantes en el escaneo completo fueron seleccionados y fragmentados por HCD y analizados en MS/MS, donde la resolución fue de 45 000 (a m/z 200) para 10 plex, el valor objetivo de AGC fue 5 × 104, el tiempo máximo de inyección de iones fue de 86 ms, la energía de colisión normalizada se estableció en 32 %, el umbral de intensidad fue de 1,2 × 105 y el parámetro de exclusión dinámica fue de 20 s. Las identidades y cantidades de metabolitos se confirmaron mediante el análisis del software Compound Discoverer 3.1 (CD 3.1), incluida la alineación con mzCloud (https://www.mzcloud.org/), mzVault (mzCloud Offline para mzVault 2.3_2020A.db) y Mass List (Endogenous Metabolite-Animal-POS/NEG-20191029) bases de datos (fecha de recuperación: 15/06/2020). Además, las bases de datos KEGG78 (https://www.kegg.jp/), HMDB79 (https://hmdb.ca/metabolites) y LIPIDMaps80 (http://www.lipidmaps.org/) (fecha de recuperación: 7 /17/2020) se utilizaron para la anotación de metabolitos.

La cola, el saco y el conducto separados de la glándula Ma se sometieron a WGBS. Primero, se extrajo el ADN genómico y se fragmentó a un tamaño medio de 250 pb mediante sonicación con un Bioruptor (Diagenode, Bélgica), seguido de la adición de una base "A" a los extremos 3' terminales de los fragmentos de ADN y la ligadura de adaptadores metilados a ambos extremos de los fragmentos de ADN. Se usó el kit EZ DNA Methylation-Gold (ZYMO) para la conversión de bisulfito de ADN ligado. Los productos se purificaron utilizando un kit de extracción de gel QIAquick (Qiagen, EE. UU.) y se amplificaron mediante PCR. Finalmente, las bibliotecas se secuenciaron en la plataforma Illumina HiSeq 2500.

Las lecturas limpias se asignaron al genoma de referencia utilizando el software BSMAP 2.90 (https://code.google.com/archive/p/bsmap/) con los parámetros (-v 8 -z 33 -p 4 -n 0 -w 20 -s 16 -f 10 -L 100) después de quitar los adaptadores y lecturas de baja calidad (N > 10 % y Q < 20). Los niveles de metilación se estimaron determinando los valores beta correspondientes: beta = M/(M + U), donde M y U representan valores de señal metilados y no metilados, respectivamente. El archivo BED de datos de metilación se convirtió a formato BigWig utilizando la línea de comando "bedGraphToBigWig" y se visualizó en IGV75.

La cola, el saco y el conducto separados de la glándula Ma se sometieron a secuenciación ATAC. Las muestras se molieron individualmente en nitrógeno líquido y se transfirieron a una solución de lisado celular preenfriada a 4 °C durante 10 min. Después de la centrifugación (500 × g, 4 °C y 10 min), se eliminó el sobrenadante y se conservaron los sedimentos celulares. Los sedimentos se lavaron con solución tampón preenfriada y se centrifugaron (500 × g, 4 °C y 10 min) para recolectar los núcleos celulares. La solución de núcleo celular se mezcló con Tn5-transposasa y se incubó durante 30 min a 37 °C, seguido de la recolección de fragmentos de ADN, la amplificación por PCR y la secuenciación en la plataforma Illumina PE150.

Las lecturas limpias se asignaron al genoma utilizando el software Bowtie281, los datos se convirtieron del formato .sam al formato .bam y las lecturas se filtraron utilizando SAMtools v0.1.1982 con los parámetros (view -b -f 2 -q 30). Los picos de las regiones accesibles a la cromatina se identificaron en cada muestra por separado utilizando MACS283 (–shift −100–extsize 200–nomodel -B -q 0.05). El comando "intersección" de BEDTools v2.26.084 se utilizó para identificar picos compartidos entre muestras replicadas. Los mapas de calor se generaron utilizando la función "plotHeatmap" de deepTools v3.5.185. La herramienta HOMER86 identificó motivos significativamente enriquecidos.

El ARN total se extrajo de la cola, el saco y el conducto de la glándula Ma con el reactivo TRIzol, seguido de la construcción de la biblioteca de ARNlnc y miARN, como se describe a continuación.

Las muestras de ARN total se incubaron con ADNasa I para digerir fragmentos de ADN y con ARNasa H para eliminar el ARNr. Después de la purificación del ARN, se sintetizó el ADNc con una base "A" añadida al extremo 3' y se realizó la ligadura del adaptador, seguida de la digestión con UDG de la segunda cadena y la amplificación por PCR. La biblioteca construida se secuenció en la plataforma DNBSEQ. Las lecturas limpias se asignaron al genoma de referencia mediante HISAT287 (–phred64–sensible–no-discordant–no-mixed -I 1 -X 1000), y las transcripciones se ensamblaron mediante StringTie88 (-f 0.3 -j 3 -c 5 - g 100 -s 10000 -p 8) y se compararon con ARNm conocidos utilizando el programa CuffCompare (-p 12) de Cufflinks89. Luego, se utilizaron los métodos de clasificación de datos cooperativos (CPC), txCdsPredict y el índice de codificación no codificante (CNCI) para distinguir los ARNm y los lncRNA. Se utilizaron métodos cis y trans para evaluar los ARNm diana de los lncRNA. Los cis-lncRNA se definieron como aquellos lncRNA ubicados 10 kb corriente arriba o 20 kb corriente abajo del ARNm diana. La energía de unión (BE) de los lncRNA y mRNA se analizó mediante RNAplex90, y si la BE era <-30, se consideró que el lncRNA era un trans-lncRNA.

El ARN total se purificó y aisló usando electroforesis PAGE y luego se escindió del gel para obtener fragmentos de ARN de 18-30 nt. El extremo 3' de cada pequeño fragmento de ARN se ligó a un adaptador 5-adenilado y bloqueado en 3, y se añadió un cebador marcado con identificadores moleculares únicos (UMI) para la hibridación con el adaptador 3'. Luego, el adaptador 5' se hibridó con el extremo 5' de la etiqueta UMI. La hebra de ADNc se sintetizó con cebadores marcados con UMI y se usó polimerasa altamente sensible para amplificar el producto. Usamos Bowtie281 (-q -L 16–phred64 -p 6) para alinear las lecturas limpias con el genoma de referencia y la base de datos de ARN pequeño de Rfam91 (usando cmsearch con los parámetros–cpu 6–noali). Para identificar los miRNA, que se anotaron y predijeron con la base de datos miRBase92 (https://www.mirbase.org/) y la herramienta miRDeep293, se predijeron objetivos entre miRNA y lncRNA/mRNA usando miRanda43 (-en −20 -strict) y RNAhybrid44 (-b 100 -c -f 2,8 -m 100000 -v 3 -u 3 -e −20 -p 1).

Las glándulas Ma recién diseccionadas de tres arañas independientes se lavaron con medio de cultivo y se cortaron en trozos pequeños, y los trozos de tejido se digirieron en una incubadora a temperatura constante durante 45 min. Después de la digestión, el medio se filtró a través de un tamiz celular de 40 μm y se lavó al menos tres veces mediante centrifugación durante 5 min a 300 × g y 4 °C. Finalmente, las suspensiones celulares con actividad superior al 85 % y tasas de aglomeración inferiores al 5 % se utilizaron para la construcción y secuenciación de bibliotecas. La biblioteca se construyó de acuerdo con las instrucciones del fabricante (10 × Genomics) en la plataforma 3' de 10 × Chromium Single Cell.

Los datos sin procesar se importaron a la canalización de cellranger v4.0.0 para obtener las matrices de expresión de cada célula y cada gen. Para eliminar las células de baja calidad, se retuvieron los números de células y los recuentos de genes UMI dentro del rango de la mediana ± 2 veces la desviación absoluta mediana (MAD) para un análisis posterior. Además, los dobletes (≥2 células en una gota de aceite) se eliminaron con DoubletFinder v2.0.394. Se utilizó un total de 9349 células de alta calidad para analizar el agrupamiento y la expresión según el paquete Seurat v4.0.695. Las trayectorias de desarrollo de todos los grupos de células se predijeron con el paquete Monocle v2.22.096.

Las glándulas Ma frescas se congelaron con isopentano en nitrógeno líquido, se incrustaron con OCT y se almacenaron en un recipiente hermético a -80 ° C. Se seccionó el tejido congelado incrustado y se usaron secciones con una calidad de ARN aceptable (RIN > 7,0) para experimentos adicionales. Luego, las secciones se colocaron en portaobjetos Visium Spatial, se fijaron con metanol, se tiñeron con hematoxilina y eosina y se observaron con un microscopio BX53 (Olympus, Japón). El ARNm poliadenilado se capturó con los cebadores empleados para las manchas. El reactivo de transcripción inversa RT Master Mix se añadió posteriormente a permear secciones de tejido, y la síntesis de ADNc de segunda cadena se realizó en el portaobjetos añadiendo Second Strand Mix. El ADNc obtenido se desnaturalizó de cada zona de captura y se transfirió al tubo correspondiente para su amplificación, construcción de bibliotecas y secuenciación en la plataforma Illumina NovaSeq600.

Después de eliminar los adaptadores y las lecturas de baja calidad (N > 3, Q < 5 y relación base ≥ 20 %), se usaron los programas spaceranger v1.3.1 mkref y count para el preprocesamiento de datos. Luego, se analizó el agrupamiento puntual utilizando el paquete Seurat v4.0.695.

Para evaluar la ocurrencia de evolución convergente entre la glándula de seda del gusano de seda y la glándula Ma de la araña, comparamos cinco aspectos (consulte la nota complementaria para obtener más detalles): (1) la estructura morfológica de las glándulas de seda; (2) las microestructuras de seda de dragalina y seda de capullo observadas bajo un microscopio electrónico de barrido (SEM) SU3500 (Hitachi, Japón) con un voltaje de aceleración de 5 kV; (3) la convergencia de expresión de los genes de las glándulas de seda, (4) los componentes proteicos homólogos de la seda de dragalina y la seda de capullo; y (5) los componentes de metabolitos de seda de dragalina y seda de capullo. Los genes ortólogos compartidos por el gusano de seda y la araña se identificaron mediante el programa blastp97 (valor E < 1e−5).

Más información sobre el diseño de la investigación está disponible en el Resumen de informes de Nature Portfolio vinculado a este artículo.

Todos los datos sin procesar de secuenciación de alto rendimiento en este proyecto se depositaron en el Archivo de Secuencias Genómicas (GSA) del Centro Nacional de Datos Genómicos (NGDC, https://ngdc.cncb.ac.cn/) y están disponibles a través de BioProject ID PRJCA014503. Los datos de proteómica de espectrometría de masas se han depositado en ProteomeXchange Consortium (http://proteomecentral.proteomexchange.org/cgi/GetDataset) a través del repositorio de socios de iProX98 con el identificador de conjunto de datos PXD038734. Los datos de metabolómica se depositaron en el NGDC (https://ngdc.cncb.ac.cn/omix/release/OMIX002862, https://ngdc.cncb.ac.cn/omix/release/OMIX002863). Las métricas espaciales y unicelulares se han depositado en FigShare (https://figshare.com/articles/dataset/Single_cell_matrices_zip/20399475, https://figshare.com/articles/datasset/Spatial_Transcriptomics_zip/20399580). Los resultados del ensamblaje del genoma, la anotación de genes y el análisis multiómico de Trichonephila clavata también están disponibles en SpiderDB (https://spider.bioinfotoolkits.net). Se proporcionan datos fuente para las Figs. 1, 2, 4, 5. Los datos fuente se proporcionan con este documento.

Los scripts y flujos de trabajo personalizados para el análisis de datos están disponibles en FigShare (https://figshare.com/articles/dataset/SpiderGenomeAnanlysis_code_zip/20399652, https://figshare.com/articles/dataset/SpiderGenomeAnanlysis_code1_zip/20399706).

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Agradecemos a Daojun Cheng de la Southwest University y a Yi Zou de la Southwest University por la lectura crítica del manuscrito. Agradecemos a Yazhou Li de la Universidad Agrícola de Sichuan por ayudarnos en el cariotipo. También agradecemos a las empresas BGI, Novogene, Frasergen, OE Biotech y Berry Genomics por proporcionar la secuenciación multiómica. Este trabajo fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China [U21A20248], la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China [32000340] y los Fondos de Investigación Fundamental para las Universidades Centrales [XDJK2019TJ003].

Estos autores contribuyeron igualmente: Wenbo Hu, Anqiang Jia.

Laboratorio Estatal Clave de Biología del Genoma del Gusano de Seda, Centro de Investigación de Ciencias Biológicas, Universidad del Suroeste, Chongqing, 400715, China

Wenbo Hu, Anqiang Jia, Sanyuan Ma, Guoqing Zhang, Zhaoyuan Wei, Fang Lu, Yongjiang Luo, Jiahe Sun, Tianfang Yang, TingTing Xia, Qinhui Li, Ting Yao, Jiangyu Zheng, Zijie Jiang, Zehui Xu, Qingyou Xia y Yi Wang

Escuela de Ciencias de la Vida, Universidad del Suroeste, Chongqing, 400715, China

zhisheng zhang

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WH, AJ, QX y YW conceptualizaron el proyecto. YW supervisó el proyecto. WH, AJ, ZZ, JS, TY, TX, QL, TY, JZ y YW recolectaron muestras para la secuenciación multiómica. AJ diseñó e implementó la tubería de ensamblaje del genoma y realizó el análisis de datos. WH y AJ redactó el manuscrito. FL, YL, ZJ y ZX generaron los datos y construyeron la base de datos. WH y SM realizaron los experimentos. YW finalizó el manuscrito con aportes de todos los autores. Todos los autores leyeron y aprobaron el manuscrito final.

Correspondencia con Qingyou Xia o Yi Wang.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Nature Communications agradece a Nadia Ayoub, Shuqiang Li y los otros revisores anónimos por su contribución a la revisión por pares de este trabajo. Los informes de los revisores están disponibles.

Nota del editor Springer Nature se mantiene neutral con respecto a los reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

Acceso abierto Este artículo tiene una licencia internacional Creative Commons Attribution 4.0, que permite el uso, el intercambio, la adaptación, la distribución y la reproducción en cualquier medio o formato, siempre que se otorgue el crédito correspondiente al autor o autores originales y a la fuente. proporcionar un enlace a la licencia Creative Commons e indicar si se realizaron cambios. Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en una línea de crédito al material. Si el material no está incluido en la licencia Creative Commons del artículo y su uso previsto no está permitido por la regulación legal o excede el uso permitido, deberá obtener el permiso directamente del titular de los derechos de autor. Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Reimpresiones y permisos

Hu, W., Jia, A., Ma, S. et al. Un atlas molecular revela el mecanismo de hilado de tres secciones de la seda de la draga de araña. Nat Comun 14, 837 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-36545-6

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Recibido: 19 julio 2022

Aceptado: 07 febrero 2023

Publicado: 15 febrero 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-023-36545-6

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