在树林里穿过蜘蛛网，或者从家里的角落里扫出蛛丝，这看起来可能是一件令人讨厌的事情，但这些坚韧的蛛网是工程上的壮举。大部分蜘蛛网、圆网的框架以及几乎看不见的蜘蛛生命线都是由一种蛛丝制成的，这种蛛丝的抗拉强度可与钢铁相媲美。这是主要壶腹丝，以其合成的特殊腹腺命名。在韧性方面，或者说断裂所需的总能量方面，主要壶状丝优于钢丝和凯夫拉尔纤维。因此，它已成为人类应用的主要目标，与一些纺织品在生产．
更值得注意的是，蜘蛛不只产生一种丝类型，不像蚕蛾毛虫，我们用它们的茧来制作丝绸。相反，一种圆网织园蛛或像黑寡妇这样的织网蜘蛛会在同样多的形态不同的丝腺中制造至少七种不同的丝。
每一种丝绸的材料特性似乎是为它们的生态功能量身定做．例如，蜘蛛用管状丝覆盖它们的卵，在花园蜘蛛中，管状丝比任何其他类型的丝都要坚硬。因此，卵囊能够抵抗可能压碎鸡蛋的压力。园蛛用来包裹猎物的腺状丝是蛛丝种类中最坚韧的，能承受挣扎昆虫的能量输出。
圆网蜘蛛使用小壶状丝作为临时的捕获螺旋，它没有拖丝那么强，但由于它们的高弹性，同样坚韧。或者，黑寡妇蜘蛛用壶状的小丝包裹猎物，但这种物种的物质属性之前是未知的。我和我的同事预测，黑寡妇蛛和其他小型壶状蛛丝与圆网蛛的材料属性不同，部分原因是它们的功能不同。我们进一步预测，圆网蛛和蜘蛛网蛛的壶状丝蛋白编码基因的DNA序列可能有所不同。
在本科阶段进行蛛丝基因测序
每一种蛛丝主要由一种或多种独特的蛋白质组成，这些蛋白质统称为蜘蛛蛋白(蜘蛛纤维蛋白)。蜘蛛蛋白和昆虫丝蛋白都具有长(通常是>2000个氨基酸)和重复(氨基酸短序列可以重复10-100次)的特性。因此，蜘蛛龙是出了名的难以完全排序。
我和我的同事一直在用组合的方法spidroins特征。当我还是加州大学河滨分校Cheryl Hayashi实验室的博士后研究员时，本科生就开始帮助我收集这些数据。当我在华盛顿和李大学获得终身教职时，我决定扩大本科生的参与度。
在我的遗传学实验室里，每年都会有17-24名学生研究一种新的蜘蛛物种。为了我们对壶状丝的研究，最近发表在BMC进化生物学，编码基因序列由三个不同的队列表征。三个学生在夏天继续和我合作，最终成为了我们出版物的前三位作者。
小壶状丝蛋白的变异与丝特性的变异相关
经过多年的蛛丝基因测序，我们发现了意想不到的小壶状蛛丝蛋白的多样性。不仅圆网织工序列与蜘蛛网织工序列不同，在蜘蛛网织工之间也发现了巨大的差异。更令人惊讶的是，每个物种的基因组都包含多个编码壶状丝蛋白的基因，而这些序列往往明显不同。
例如，棕寡妇(美国的入侵物种)有一个小壶腹基因，编码一个只有815个氨基酸长的蛋白质，包括典型的小壶腹蛋白质的“基序”:例如甘氨酸-丙氨酸重复。另一个棕寡妇基因编码一种较小的壶状蛋白，其大小是第一个(1791个氨基酸)的两倍多，而第一个(1791个氨基酸)充满了甘氨酸-脯氨酸-甘氨酸。脯氨酸容易使蛋白质发生扭结。因此，许多甘氨酸-脯氨酸-甘氨酸的迭代形成了弹簧状的螺旋，这应该使蛋白质具有弹性。
假黑寡妇的小壶腹蛋白中脯氨酸含量最高。它们的小壶腹丝的伸缩能力是黑寡妇和棕寡妇的两倍。总体而言，小壶状蛛丝具有更强的伸缩性，但不如圆网蛛丝结实。
利用蜘蛛网猎物包裹蛋白质用于人类应用
我们的测序方法分离出了较小的壶腹编码基因，其格式有助于纯蛋白的表达。因此，我们的工作可以为纺织具有定制性能的人造纤维做出贡献。例如，含有脯氨酸的棕寡妇小壶状蜘蛛丝可以被用来制造可伸缩的纤维，纳入人工肌腱或韧带．富含丙氨酸的黑寡妇蛋白越长，纤维就越硬。
合著者网站:
Nadia Ayoubhttps://www.wlu.edu/directory/profile?ID=x8123
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