蜘蛛以活昆虫和其他活动物为食，其食谱甚至包括活蛇和活鼠。蜘蛛能快速制服猎物有赖于它们发达的毒液系统，特别是毒腺（Zhu et al., 2022）。前人认为蜘蛛毒腺可能起源于唾液腺，或者起源于早期螯肢动物的产丝腺体（Kaston, 1964; Lüddecke et al., 2022），但研究人员仍然不确定上述两个假说哪一个更可靠，且目前没有证据证明蜘蛛毒腺与其他节肢动物的唾液腺或丝腺有相似之处。

该研究整合利用了包含蜘蛛、蝎子、蜱、螨、蜈蚣以及昆虫在内的不同谱系的基因组和转录组数据集。研究表明，毒腺和唾液腺之间的保守性和同源性低于与丝腺之间的比较结果，挑战了蜘蛛毒液系统由唾液腺进化而来这一假说，支持了蜘蛛毒腺的“古老产丝腺体起源”假说。

为了阐明毒腺转录组样本的基因关联模式，该研究通过加权基因共表达网络分析（weighted gene co-expression network analysis, WGCNA）构建了毒腺的共表达网络。基于18个毒腺转录组数据集，该研究共获得22个表达模块。结果表明，大多数转录因子（约21.0%）和毒腺中的差异上调表达基因（约16.7%）均分布在最大的turquoise模块中（模块1），表明这些基因与毒腺具有很大的功能相关性。因此，该研究将模块1称为毒腺核心网络（图1A）。功能富集结果表明，温室拟肥腹蛛的毒腺核心网络模块主要与转录调节、蛋白质修饰、运输和信号转导等功能有关（图1B），印证了毒腺能够分泌丰富蛋白质的功能特性。

图1 温室拟肥腹蛛毒腺的核心网络模块

该研究接下来探究了不同物种和不同组织间的表达模式。PCA分析表明，跨系统发育谱系的比较显示出明显的器官聚类结果：身体组织聚在一起，而所有具有分泌功能的腺体组织显示出相似的表达谱（图2A）。该研究继续观察了当数据集中的物种减少时，毒腺和其他腺体之间的聚类结果的变化。当使用包含六个物种（蜘蛛、蝎子、蜱和螨）或四个物种（蜘蛛和蝎子）的同源基因表达矩阵进行PCA分析时，该研究仍未能揭示毒腺与唾液腺或丝腺的同源性（图2B & 2C）。

为了检验蜘蛛毒腺和其他腺体组织之间是否存在保守的分子特征，该研究进一步进行了一系列保存性和相似性分析。首先，该研究检验了毒腺核心网络的模块特征在其他腺体组织中是否有保存性。结果表明，毒腺核心网络与蜘蛛丝腺比较的Z_summary值为9.68，显示出中等保存性（图2D）。而核心网络与蝎子或果蝇唾液腺的比较显示Z_summary值 < 2，表明无保存性（图2D）。

其次，为了检验保存性比较的可信度，该研究通过GO通路中的生物过程（biological process, BP）比较各类腺体组织的高表达基因。两种蜘蛛毒腺的GO成对语义相似度（pairwise semantic similarity, SS）为0.721（图2E），代表二者之间的高度相似性。蜘蛛毒腺和唾液腺（蝎子和果蝇）之间的SS值分别为0.569和0.548（图2E），均低于毒腺和丝腺之间的SS值（0.672）。此外，不同类群之间的卵巢组织具有相对较高的相似性（图2E），展现了同源组织跨物种比较的可靠性，表明蜘蛛毒腺和唾液腺之间的低相似性可能不是由跨物种比较造成的。

最后，该研究使用相似性指数（similarity index, SI）估算每类组织DUGs之间的相似性（图2F; Shafer et al., 2022）。结果显示，两种蜘蛛毒腺间的SI中值为0.420，而毒腺和唾液腺间的SI中值仅为0.21，显著低于毒腺和丝腺之间的相似性（图2G）。

上述结果表明，蜘蛛毒腺在转录调控方面与唾液腺的相似性小于与丝腺的相似性，拒绝了蜘蛛毒腺的“唾液腺起源”假说（图3A），但更支持蜘蛛毒腺的“丝腺起源”假说：蜘蛛毒腺独立起源于古老的产丝腺体（图3B）。

图2 蜘蛛毒腺和其他不同物种的不同组织之间的表达模式

图3 蜘蛛毒腺的进化起源假说（原文图5）