利用基因定点替换的方法，在家蚕丝腺和蚕茧中能获得大量的蜘蛛丝蛋白。这打破了此前由于转基因技术的限制，以及内源性蚕丝蛋白的表达干扰，导致家蚕生产蜘蛛丝蛋白量少的瓶颈。由中科院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所谭安江研究组完成的这项研究近日在国际学术期刊pnas在线发表。
蜘蛛丝是自然界中机械性能最好的天然蛋白纤维，其强度甚至高于用于制作防弹衣的凯夫拉纤维，在工业、医疗和国防上都有着广泛的应用前景。但是如何大量获取蜘蛛丝纤维是一直以来难以解决的问题。一是无法通过大规模人工养殖获取蜘蛛丝；二是由于蜘蛛丝蛋白分子量大且序列重复性高，采用细菌、酵母、动植物等表达体系面临着成本高昂，纯化和制丝工艺复杂等一系列难以克服的问题。
家蚕是唯一可以通过人工养殖大量获取丝纤维的动物，由于蚕丝蛋白和蜘蛛丝蛋白在结构上有一定的相似性，因此，利用家蚕遗传改造大量获取类蜘蛛丝纤维是一个可行性高的策略。近年来，已有通过转基因技术在家蚕中表达蜘蛛丝蛋白的报道，但由于转基因技术本身的限制，以及内源性蚕丝蛋白的表达干扰，蜘蛛丝蛋白的产量一直难以得到提高。
谭安江研究组一直致力于昆虫转基因和基因组编辑等遗传调控技术的应用。家蚕丝蛋白的主要成分有丝素重链、丝素轻链、丝胶蛋白等，其中丝素重链约占整个丝蛋白含量的70%以上，也是决定蚕丝纤维机械性能的主要因素。
研究人员利用基因组编辑工具完全敲除了丝素重链编码区，同时保留了编码区上下游完整的调控序列。在此基础上，又定点整合了含有部分蜘蛛丝基因和荧光标记的dna片段。如此一来，一方面完全去除了内源性丝蛋白丝素重链的表达，另一方面利用丝素重链的内源性调控序列来调控外源性蜘蛛丝基因的表达。
结果，在转化个体的丝腺和蚕茧中均可检测到蜘蛛丝蛋白的表达，其含量在纯和个体的茧层中可达35.2%，远远高于已报道的转基因方法实现的0.3%—3%。因转入的蜘蛛丝蛋白片段分子量较小，此次获得的嵌合型蜘蛛丝与对照品种蚕丝相比，在强度上有所下降，但在延展性上有了显著提高。该研究拓展了家蚕丝腺生物反应器的应用，为利用家蚕大量生产新型纤维材料及表达其他高附加值蛋白提供了新的策略。