近日，江西农业大学动物生理生化研究团队青年教师崔勇，联合中国科学院分子植物科学卓越创新中心詹帅研究员、华南师范大学相辉研究员，在Cell旗下高水平综合期刊《The Innovation》的子刊《The Innovation Life》（创刊于2023年6月25日）在线发表了题为“Divergent and convergent evolution underlie the cocoon-spinning diversity”的研究成果。

本研究以蚕蛾总科泌丝结茧行为迥异的大蚕蛾科和天蛾科为研究对象，在破译多个代表性物种高质量参考基因组的同时，从基因组学层面揭示了蚕蛾结茧特征多样化的分子机制：在蚕蛾总科的演化历程中，结大茧的大蚕蛾科与不结茧的姐妹类群天蛾科存在明显演化分歧，同时与同样具备结茧能力的家蚕呈现出一定程度的趋同演化。论文第一作者为江西农业大学动物生理生化研究团队青年教师崔勇，中国科学院分子植物科学卓越创新中心詹帅研究员、华南师范大学生命科学学院相辉研究员为通讯作者。

研究背景：茧丝是自然予之人类的珍贵馈赠。不同种类的蚕蛾在结茧时，茧的数量、形状、颜色等方面会呈现出丰富的变化。这种多样性是适应性演化的独特性状。我们惊叹于大蚕蛾科（Saturniidae） 野生绢丝昆虫，在以生存竞争为驱动的自然选择下，能够将吐丝结茧演化到一种极致，也好奇于它的姐妹群天蛾科（Sphingidae）在演化过程中放弃结茧，从而走向茧丝退化的另一个极端。这些演化奥秘都藏匿于生命的“天书”——基因组之中。因此，我们从基因组破译入手，进一步通过系统的比较基因组学分析，寻觅解开大蚕蛾科昆虫泌丝结茧多样性演化的奥秘。

主要研究内容：（1）研究团队首先通过单拷贝直系同源基因重建了系统发育树，并在此基础上鉴定出两类关键基因家族：支系特异性存在的基因家族与支系特异性扩张的基因家族。这两类基因家族在“结大茧的大蚕蛾科”与“几乎不结茧的天蛾科”幼虫末期，表现出明显的组织表达偏好差异：大蚕蛾科的这类基因更偏好在血淋巴系统表达，推测可能参与泌丝阶段的物质运输与营养供给；天蛾科的这类基因则更倾向于在脂肪体中表达，推测可能与蛹期的营养储备过程相关。

（2）系特异性正选择基因在这两个姐妹群中同样呈现显著分歧：大蚕蛾科的正选择基因显著富集于产丝相关通路，而天蛾科的正选择基因则未富集到任何产丝相关通路。随后，研究人员以大蚕蛾科代表物种（天蚕）和天蛾科代表物种（豆天蛾）为研究对象，分析二者的丝腺特异高表达基因发现：天蚕的丝腺特异高表达基因显著富集于氨基酸代谢等与产丝直接相关的通路；而豆天蛾的丝腺特异高表达基因则富集于自噬通路，推测可能与丝腺退化过程密切相关。此外，通过对比这类基因在两个姐妹群中的组织表达模式，研究还发现：结大茧的天蚕，其丝腺更倾向于招募组织特异性表达的基因；而不结茧的豆天蛾，其丝腺基因表达则以泛表达基因为主。

（3）茧丝的核心成分是丝纤维蛋白，研究发现蚕蛾总科代表物种的丝蛋白基因展现出丰富的多样性演化模式。具体表现为两点：一是除丝素重链基因（fib-H）外，其他丝蛋白基因均发生了丰富的基因丢失或重复事件；二是fib-H基因在结构特征与表达调控层面，呈现出“分歧与趋同并存”的演化特征 —— 结大茧的大蚕蛾科与不结茧的天蛾科存在明显分歧，反而与外群物种（家蚕）呈现一定的趋同演化。例如，大蚕蛾科物种的fib-H基因内含子更短，推测更利于实现高效转录；其FibH蛋白重复区域的氨基酸复杂度与重复单元整齐度，均显著低于天蛾科物种的FibH，而与家蚕FibH的特征高度相似；同时，大蚕蛾科FibH优势氨基酸的密码子偏好性及对应tRNA的比例，也显著高于天蛾科，且这一偏好性与家蚕FibH的情况相近。研究人员还在fib-H基因的上游调控区鉴定出一个潜在的顺式调控元件：该元件在大蚕蛾科和家蚕中相对保守，但在天蛾科中存在一段序列缺失，而这一缺失直接导致天蛾科fib-H基因的启动子活性显著降低。

研究意义：昆虫大量泌丝并非为向人类“馈赠”茧丝，而是其在长期自然选择中演化形成的一种生存防御策略。已有研究证实，泌丝成茧过程需消耗大量氮营养，然而昆虫为何选择这种“高耗能”方式进行防御，目前仍未明确。本研究通过对结茧特征存在显著差异的大蚕蛾科与天蛾科昆虫，开展针对性的氨基酸代谢通路进化分析，为解答这一核心疑问提供了关键初步线索。同时，本研究还从基因组学层面系统阐明了蚕蛾结茧特征多样化的分子机制：在蚕蛾总科的演化历程中，结大茧的大蚕蛾科与不结茧的姐妹类群天蛾科呈现明显演化分歧，反而与同样具备结茧能力的家蚕表现出一定趋同演化特征。这一发现不仅为解析昆虫泌丝的演化机制、阐明其生态意义提供了全新线索与关键基因组数据资源，更为优化昆虫蛋白质资源的高效利用（如蚕丝产业升级、昆虫蛋白开发等）提供了重要理论参考与实践思路。

论文链接：https://www.the-innovation.org/article/doi/10.59717/j.xinn-life.2025.100144