蜘蛛作为广泛分布的节肢动物，具有卓越的生存能力并在自然界中占据独特的生态位。长期以来，蜘蛛的蛛丝和毒液一直是研究的主要方向。除了采用蛛丝和毒液的捕猎策略外，有些蜘蛛还进化出了强大的耐饥饿能力，以应对不稳定的食物供应。其中白额高脚蛛就是典型代表之一，白额高脚蛛又称白额巨蟹蛛，常生活在人类居住环境，因其捕食苍蝇、蟑螂和蚊子等昆虫而深受关注。

图1 白额高脚蛛实物图

2025年3月21日，西南大学前沿交叉学科研究院生物学研究中心王翊教授课题组在Gigascience期刊发表了研究《Genomic and transcriptomic analyses of Heteropoda venatoria reveal the expansion of P450 family for starvation resistance in spiders》。通过白额高脚蛛基因组以及耐饥饿转录组分析，深入了解与白额高脚蛛耐饥饿相关基因的表达情况，探索其对环境变化的响应策略，旨在为保护生物多样性和维持生态系统功能提供科学依据。

图2 文章截图

该研究通过HiFi+Hi-C组装策略，构建出染色体级高质量的白额高脚蛛基因组。基因组大小为5.52Gb，重复序列占比63.58%，共注释出31,547个基因。对1种蝎子和13种蜘蛛的重复序列分析显示，基因组大小与TcMar和LTR等重复序列存在显著的相关性。同时发现这2种重复序列在白额高脚蛛基因组具有最高的占比。表明白额高脚蛛基因组的大小主要是受TcMar和LTR的影响。

图3 白额高脚蛛基因组特征

白额高脚蛛作为游猎蜘蛛的代表，具有较强的耐饥饿能力。为了进一步探究白额高脚蛛卓越的耐饥饿（后续简称耐饥）能力，对经过耐饥处理的白额高脚蛛进行了转录组测序。PCA分析发现脂肪体组织的耐饥转录组跟耐饥时间具有更好的相关性。该研究将耐饥过程分为3个阶段：耐饥前期（CK和2 W）、耐饥中期（4 W和8 W）和耐饥后期（14 W和19 W）。在耐饥前期，与氧化磷酸化和产热通路相关的基因明显上调。在耐饥中期，一些下调的基因在Hippo信号通路和蛋白激酶中显著富集。在耐饥后期，Hippo信号通路出现了上调，而关键基因YAP（Hven08G09310）仅在中期饥饿阶段的下调Hippo通路中出现。

图4 白额高脚蛛耐饥转录组分析

耐饥19周的全身组织转录组上调基因明显增加，显著高于其它时期。功能富集结果显示，除了转运蛋白和溶酶体途径的上调外，细胞色素P450、类固醇激素生物合成和亚油酸代谢途径也显著上调。这些通路在白额高脚蛛中经历了显著的基因家族扩张，且均与脂质代谢相关。对这3种扩张通路中富集的基因与在耐饥19周时上调的基因进行Venn图分析，发现有11个共有基因。这11个基因的功能注释结果显示全部属于细胞色素P450，表明P450基因在白额高脚蛛的耐饥饿过程中可能发挥着关键作用。该研究还对白额高脚蛛和其它11种蜘蛛P450基因进行了鉴定分析。

图5 白额高脚蛛耐饥19周整体组织转录组分析

P450系统发育分析发现蜘蛛P450基因可分为CYP2族、CYP3族、CYP4族和线粒体族，其中白额高脚蛛的CYP3族发生了显著扩张。白额高脚蛛中大多数CYP3族基因在不同耐饥阶段的脂肪体组织中均有表达，该研究还分析了白额高脚蛛中不同组织P450基因的表达。结果显示CYP2、CYP3和线粒体族基因主要在脂肪体中表达，CYP4族基因不仅在脂肪体中表达，在触肢和腿部也有显著的表达。

该研究首次分析了白额高脚蛛在不同饥饿阶段的基因表达差异，揭示了关键的代谢和信号通路。脂肪体耐饥转录组的变化与饥饿时间密切相关，表明其在耐饥过程中发挥重要作用。早期阶段氧化磷酸化和产热通路上调，脂肪体正常供能，中期YAP基因下调可降低代谢速率。后期则因脂肪减少，AMPK通路上调以促进脂肪酸氧化。P450基因在脂肪体中高表达，且在饥饿各阶段均有表达，可能进一步抑制能量代谢速率，增强了其耐饥饿能力。CYP3族基因的显著扩张提高了其冗余量，能够为白额高脚蛛提供对抗突变的保护机制，同时进一步增强了其生态适应性。

图6 蜘蛛P450系统发育分析以及在各组织的表达

西南大学前沿交叉学科研究院生物学研究中心博士研究生张国庆为论文第一作者，王翊教授为通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、重庆市科技创新重点研发项目、青年科技团队专项基金和西南大学2035创新研究先导计划等项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1093/gigascience/giaf019。