丝蛋白是大自然赋予人类的一种天然可再生蛋白资源，具有优异的力学性能、生物相容性以及生物可降解性等特点，开发利用价值巨大。地球上已知能够产丝的生物超过十万种，其中包括人们熟知的蚕类、蜘蛛、蚂蚁等。家蚕的丝蛋白合成能力超强，是迄今唯一被人类完全驯化并形成了重要产业的产丝动物。百余年来，探明家蚕高效产丝以及蚕丝性状形成的分子基础，一直是蚕业科学领域致力突破的关键理论问题。研究解决该问题，对于蚕丝性能改造、分子育种以及方兴未艾的丝蛋白多元化、高值化开发利用具有重要指导意义。
2022年6月9日，徐汉福教授课题组在国际知名期刊NatureCommunications上发表了题为“Asingle-celltranscriptomicatlascharacterizesthesilk-producingorganinthesilkworm”的研究论文，以单细胞分辨率揭示了家蚕丝腺的全细胞异质性及其基因转录图谱。这是实验室团队继2003年解码家蚕全基因组DNA遗传密码后，从单细胞维度首次对家蚕产丝器官及其基因表达动态进行的超高分辨率解析，实现了家蚕丝腺研究从组织水平到单细胞水平的跨越。
该项研究历时两年，课题组先后攻克了家蚕完整丝腺样本的大批量剖取和腺细胞解离等技术难关，累计解剖胚胎、蚁蚕和一龄眠期的家蚕个体近2万头。研究发现，家蚕丝腺中有10种主要细胞类群（cluster），它们分别执行丝素蛋白合成、丝胶蛋白合成、液态丝纤维化、细胞重建、丝蛋白代谢、几丁质代谢等功能。有趣的是，丝蛋白基因不但在龄期丝腺细胞高表达，在眠期亦有不同程度的表达；眠期丝腺细胞中基因表达非常活跃，一些信号转导通路如蜕皮激素（20E）信号、Hippo信号等参与其中，发挥着调控丝腺发育和丝蛋白合成的重要作用。研究人员还深入分析了各细胞类型随时间发育的拟时序变化，通过RNAvelocity探究了在丝腺发育过程中不同细胞类型间的相互转换关系等。
图1 家蚕丝腺的主要细胞类型及其时空分布
图2 家蚕丝蛋白基因在各细胞类型中的时空分布与表达
通过该项研究，课题组揭示了家蚕丝腺细胞的异质性以及腺细胞基因随时间开启和关闭的动态信息。该成果对今后在单细胞水平上开展蚕丝蛋白合成调控研究和蚕丝育种素材精准创制，促进以家蚕为模式的产丝生物丝蛋白合成调控及多元化开发利用研究，具有重大科学价值。
家蚕基因组生物学国家重点实验室（西南大学）为论文第一署名单位，博士研究生马艳、曾文慧和欧易生物巴永兵博士为论文共同第一作者。该研究得到了国家重点研发项目、国家自然科学基金、重庆市在渝院士牵头科技创新引导专项和重庆市英才计划等项目的支持。