呼吸是生物体维持生命的重要过程，大多数陆生昆虫依赖于复杂的管状气管网络进行气体交换。气管通过压缩和扩张实现动态的体积变化，类似于脊椎动物肺的收缩和扩张。这种动态变化能力与细胞外基质的机械特征密切相关。
中心研究团队在鳞翅目昆虫家蚕中鉴定了一个具有高度重复序列的基因，与松墨天牛中的Mucin91C存在同源性（Tang et al., 2023）。研究团队首次利用转基因过表达和基因敲除的方法，探究了Mucin91C的功能。显微观察及免疫荧光染色分析发现，幼虫蜕皮阶段过表达Mucin91C的家蚕气管直径明显增大，气管壁增厚，机械性能测试显示气管弹性增加。
图1 过表达Mucin91C基因的家蚕气管的观察与分析
相对而言，在缺失Muncin91C的突变体中，气管形态并无明显差异，但杨氏模量显著增加，弹性性能降低。
图2 敲除Mucin91C基因突变体的调查
尽管突变体的生长发育并未受到显著影响，但转录组分析显示，敲除突变体与野生型家蚕之间存在表皮蛋白和几丁质结合蛋白的显著差异表达。此外，重组表达的家蚕Mucin91C蛋白在酶的作用下可以发生交联，并表现出类似于昆虫节肢弹性蛋白的自发蓝色荧光，这暗示了其在气管中的弹性作用。
图3 家蚕Mucin91C重组蛋白的体外交联
本研究结果证实了Mucin91C与家蚕幼虫气管弹性特征的联系，为理解昆虫气管系统的发育提供了重要见解。同时，Mucin91C的研究也为弹性生物材料的开发提供了理论基础。
西南大学前沿交叉学科研究院生物学研究中心硕士研究生陈怡菲与博士研究生董浩南为本文共同第一作者，侯勇教授为通讯作者。本研究得到了国家重点研发计划项目（2022YFD1201600）、国家自然科学基金（32030103）、重庆市技术创新与应用发展重点项目（CSTB2024TIAD-KPX0023, CSTB2024TIAD-KPX0026）的支持。