Des chercheurs de l’Université du Sud-Ouest en Chine ont construit l’assemblage complet du génome à l’échelle chromosomique et l’ensemble complet de gènes de spidroïne de l’araignée dorée à tissage d’orbe, Trichonephila clavata, connue pour ses toiles particulièrement solides et de couleur dorée.
Ils attestent que leurs travaux « fournissent des données multidimensionnelles qui élargissent considérablement les connaissances sur la génération de soie de dragline d’araignée… » et les chercheurs prévoient d’utiliser ce nouvel « atlas moléculaire » pour mieux comprendre comment les araignées fabriquent leur soie.
Publié dans la revue Communication Naturel’article détaille les étapes suivies par les chercheurs, de la capture d’araignées sauvages à l’analyse multiomique, pour révéler l’interaction des gènes dans la principale glande ampullée de l’araignée, la glande responsable de la production de soie de dragline.
La soie de dragline d’araignée est une véritable merveille matérielle avec de nombreuses applications médicales et industrielles potentielles. Il est plus léger et plus résistant que l’acier tout en conservant une capacité d’étirement élastique qui rivalise avec le caoutchouc. Contrairement à de nombreux matériaux synthétiques, la soie d’araignée est non toxique, biodégradable et biocompatible, ce qui en fait un matériau idéal pour les implants chirurgicaux, les biocapteurs et la reconstruction tissulaire.
La seule limite à l’adoption de la soie d’araignée en remplacement d’une longue liste de matériaux que nous utilisons actuellement est sa difficulté à fabriquer. Il y a eu un effort dans le passé pour produire les protéines du lait de chèvre par une société appelée Nexia, et cela a fonctionné, mais pas à l’échelle requise pour la production de masse.
Et malgré les avantages évidents de la soie d’araignée, personne n’a décidé de lancer l’élevage d’araignées à l’échelle requise. Les chercheurs s’attendent à ce qu’en comprenant mieux la production de soie au niveau moléculaire chez les araignées, ils obtiennent des informations pratiques pour aider à commercialiser ce matériau sans précédent.
Réaliser un atlas moléculaire avec la multiomique
Pour obtenir le génome, l’équipe de recherche a utilisé la plate-forme Oxford Nanopore, qui peut produire les lectures contiguës les plus étendues de n’importe quel séquenceur de gènes, ainsi que des machines de séquençage Illumina pour des longueurs de capture de lecture plus précises mais plus courtes et Hi-C pour la cartographie des chromosomes. En combinant ces trois ensembles différents de données génomiques, les chercheurs ont pu reconstruire de manière bioinformatique un modèle détaillé de l’assemblage du génome à l’échelle chromosomique de l’araignée et un ensemble complet de gènes de spidroïne.
Le fait de disposer de ces données génomiques permet d’établir des liens entre l’expression des gènes et, en fin de compte, les protéines présentes dans la soie d’araignée, ce qui est exactement ce que les chercheurs ont fait ensuite. L’équipe a effectué une analyse du transcriptome (ARN messager), des protéines et des métabolites (molécule de signalisation) des trois segments de la glande ampullée principale ; la queue, le sac et le conduit.
L’analyse par chromatographie liquide-spectrométrie de masse a identifié 28 protéines : 10 étaient des spidroines, les protéines qui composent la soie d’araignée, 15 étaient des éléments constitutifs de la soie d’araignée et une était liée au venin. Une fois les composants de base identifiés, les chercheurs ont pu les classer par ordre de quantification absolue basée sur l’intensité.
Une analyse plus approfondie leur a permis de caractériser les fonctions biologiques spécifiques de la queue, du sac et du conduit liées à la production de soie sur la base de la fonction des gènes et des produits géniques. Les Tail omics tournaient principalement autour de la synthèse d’acides organiques, ceux du Sac se concentraient principalement sur la production de lipides, et les Duct omics étaient liés à l’échange d’ions et à la synthèse de chitine.
Des recherches antérieures ont trouvé certains éléments découverts dans l’étude actuelle, mais aucun n’a reconstitué l’ensemble du tableau d’une manière aussi complète et exhaustive.
Plus d’information:
Wenbo Hu et al, Un atlas moléculaire révèle le mécanisme de rotation en trois sections de la soie de dragline d’araignée, Communication Nature (2023). DOI : 10.1038/s41467-023-36545-6
© 2023 Réseau Science X