缺失丝素重链序列与小翅蛾属丝素轻链同源物的显著差异：揭开鳞翅目早期丝进化之谜

为探究小翅蛾科（Micropterigidae）丝的基因和蛋白特征，研究发现其缺失 FibH，FibL 缺失或改变，揭示丝组成进化变化。

　　在奇妙的昆虫世界里，许多昆虫都会吐丝，其中鳞翅目（Lepidoptera）昆虫的丝备受关注。像蚕宝宝吐的丝，不仅能织成精美的丝绸，还具有独特的生物学特性。丝蛋白中的丝素重链（FibH）和丝素轻链（FibL），是构成丝纤维核心、赋予丝机械强度的关键成分 。然而，小翅蛾科作为鳞翅目昆虫中一个特殊的类群，被认为是其他所有鳞翅目昆虫的姐妹群，对研究鳞翅目昆虫的进化有着重要意义，但此前其丝的基因和蛋白特征却一直未被明确。为了填补这一知识空白，来自京都大学（Kyoto University）、捷克科学院生物学中心（Biology Centre of the Czech Academy of Sciences）等机构的研究人员展开了深入研究，相关成果发表在《Communications Biology》上。

研究人员主要运用了微计算机断层扫描（micro-CT）、转录组分析、蛋白质质谱鉴定、基因组共线性分析和系统发育分析等技术方法。首先，他们收集了小翅蛾属（Neomicropteryx）的玉米小翅蛾（Neomicropteryx cornuta）末龄幼虫，以及 Eriocraniidae 科的两个物种幼虫样本。利用 micro-CT 对玉米小翅蛾的丝腺（SG）进行 3D 成像，观察其结构；通过转录组分析确定丝的主要成分，用蛋白质质谱鉴定具体的蛋白质；借助基因组共线性分析和系统发育分析，探究 FibH 和 FibL 基因在不同物种中的进化关系。

研究结果如下：

1. 丝腺和茧的形态：玉米小翅蛾的丝腺呈侧向环状分布，延伸至身体中部。其丝在丝腺不同部位染色后颜色不同，暗示丝在丝腺内移动时结构会发生变化。茧呈椭圆形，长约 4mm，茧壁薄且紧密，前端有烟囱状小孔，茧丝宽约 3μm，呈带状，与粘性层融合，表明粘性物质含量高。
2. 推定的丝结构蛋白检测：转录组分析发现了 113 种蛋白质，其中 62 种含有信号肽。这些蛋白质被分为四类，第一类为潜在的大型结构丝蛋白，包含 sericin-like 蛋白、cadhezin-like 蛋白、zonadhesin-like 基因和 mucin-like 蛋白等，它们具有不同的结构特点和功能推测。
3. 玉米小翅蛾丝缺乏 FibH 的同源物：蛋白质组学分析显示玉米小翅蛾丝中不存在类似 FibH 的蛋白质。通过对转录组和基因组序列的全面搜索，结合多个鳞翅目和毛翅目（Trichoptera）物种的基因组共线性分析，发现玉米小翅蛾和另一种小翅蛾（Micropterix aruncella）的基因组中可能完全缺失 FibH 基因，或该基因发生了显著分化。
4. 玉米小翅蛾中可能的 FibL 同源物：在玉米小翅蛾中未检测到 FibL 样蛋白，经搜索鉴定出一个与 FibL 远缘相关的序列 fibX。与其他鳞翅目和毛翅目物种的 FibL 蛋白相比，fibX 编码的蛋白质相似性很低。虽然 fibX 与一些保守基因位于同一重叠群，但还需更多数据确认其是否为 FibL 的同源物。
5. FibH 和 FibL 的缺失或分化是小翅蛾科特有的：对 Eriocraniidae 科两个物种的转录组分析发现，它们含有与 FibH 和 FibL 相似的序列，这表明 FibH 的缺失和 FibL 的显著分化或缺失是小翅蛾科特有的现象。

研究结论与讨论部分指出，该研究首次发现了在没有 FibH 和 FibL 的情况下，鳞翅目昆虫仍能产生丝并形成茧。小翅蛾科丝蛋白组成的变化影响了茧的形态和机械性能，其茧的结构特点可能更适合幼虫高湿的化蛹环境。此外，FibH 的缺失可能导致小翅蛾科昆虫纺丝器退化。同时，玉米小翅蛾含有一些具有潜在结构功能的蛋白，如 sericin - 和 cadhezin - 样蛋白，可能补偿了 FibH 和 FibL 缺失的功能。该研究揭示了鳞翅目早期进化过程中丝组成的动态变化，挑战了传统观点，为进一步研究丝蛋白的进化和功能冗余提供了重要依据 。未来还需对更多物种进行研究，以全面理解丝蛋白的进化差异和功能冗余，并通过功能实验验证这些替代蛋白的作用。