蜘蛛利用位于腹部的特殊结构——纺器，挤出并操控蛛丝。纺器的形成使得蜘蛛能够编织蛛网捕食猎物、借助蛛丝飞航扩散，从而成功演化出超过五万种物种。此前的研究曾推测，蜘蛛纺器的形成与沿前后轴分布的Hox基因以及沿近远轴分布的肢体模式基因相关，但缺乏实质性证据。

2026年1月14日，北京大学生命科学学院、基因功能研究与操控全国重点实验室、北大-清华生命科学联合中心张蔚团队与合作者在Science Advances期刊上在线发表题为“An ancient genome duplication event drives the development and evolution of spinnerets in spiders”的研究论文。该研究通过整合基因组数据、单细胞测序技术以及大规模功能分析，系统地探讨了纺器的起源，阐明了一次古老基因组复制在新特征形成中的作用。

为了理解这一事件的历史背景，作者首先获得了蜘蛛古老姐妹群鞭蝎以及两个早期分支类群的染色体级基因组。基于宏观共线性分析，作者构建了蛛形动物基因组演化的整体框架。结果显示，这些物种的基因组演化缓慢，并保留了可追溯至石炭纪的复制痕迹（图1），为理解蜘蛛基因组的早期重组过程提供了关键线索。

图1. 节板蛛、地蛛与鞭蝎的基因组演化

在此基础上，作者重点关注基因组复制对纺器演化的具体影响。结果表明，abd-A-1 和 abd-A-2 均与纺器的形成相关，这说明这一基因对在复制后逐渐获得了部分共享的新功能（图2）。这种新旧功能共存的模式，可能为纺器的出现提供了关键的遗传条件。

图2. 基因组结构与功能的关系

为了更深入地解析纺器形成过程中的基因调控模式，作者对蜘蛛胚胎在纺器出现前后的关键时期进行了单细胞测序。伪时序和差异表达分析识别出一批可能在纺器形成中发挥核心作用的候选基因，并为“纺器源自足”的假说提供了支持（图3）。进一步的基因表达分析与 CRISPR/Cas9功能实验显示，dac-1 的调控活动在腹部新区域被重新部署，这一结果强化了上述假设（图4）。

图3. 纺器形成过程中abd-A复制基因对的冗余功能。

图4. 蜘蛛纺器的形成源自足同源物的演化

综合多组学数据和功能证据，本研究对纺器的遗传基础与演化路径进行了系统阐释。作者发现，abd-A 的两个基因拷贝共同促进了第四和第五腹节上纺器的形成并招募了足模式基因dac-1参与纺器的精细构建。这不仅填补了节肢动物早期关键结构如何出现的知识空白，也支持了重复基因的网络在复杂形态创新中发挥核心作用的观点（图5）。

图5. 纺器发育背后的基因网络

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研究领域： 演化基因组学、群体遗传学

我们的研究兴趣在于整合实验和计算生物学的研究方法，探究重要演化问题的理论基础和分子机理，例如物种形成，适应性演化以及基因渗入。我们的研究对象通常具有物种丰富，适应性辐射以及不完全生殖隔离等特点。例如，鳞翅目昆虫物种丰富，存在广泛种间杂交，并且具有多样的翅花纹，是用于研究适应性演化的经典体系。测序技术和基因编辑技术的迅速发展，使得对于非模式生物在全基因组层面进行演化基因组学和群体遗传学研究以及进行目标基因的功能鉴定成为可能。我们的主要研究方向包括：叶形拟态的起源和遗传机制；鳞翅目昆虫发育的雌雄二型；适应性基因渐渗的鉴定，功能研究和演化模型等。