We report a draft sequence for the genome of the domesticated silkworm (Bombyx mori), covering 90.9% of all known silkworm genes. Our estimated gene count is 18,510, which exceeds the 13,379 genes reported for Drosophila melanogaster. Comparative analyses to fruitfly, mosquito, spider, and butterfly reveal both similarities and differences in gene content.

The Taming of the Silkworm Silkworms, Bombyx mori , represent one of the few domesticated insects, having been domesticated over 10,000 years ago. Xia et al. (p. 433 , published online 27 August) sequenced 29 domestic and 11 wild silkworm lines and identified genes that were most likely to be selected during domestication. These genes represent those that enhance silk production, reproduction, and growth. Furthermore, silkworms were probably only domesticated once from a large progenitor population, rather than on multiple occasions, as has been observed for other domesticated animals.

Silk glands are used by silkworms to spin silk fibers for making their cocoons. These have recently been regarded as bioreactor hosts for the cost-effective production of other valuable exogenous proteins and have drawn wide attention.In this study, we established a transgenic silkworm strain which synthesizes the recombinant human lactoferrin (rhLF) in the silk gland and spins them into the cocoon by our previously constructed silk gland based bioreactor system. The yield of the rhLF with the highest expression level was estimated to be 12.07 mg/g cocoon shell weight produced by the transgenic silkworm strain 34. Utilizing a simple purification protocol, 9.24 mg of the rhLF with recovery of 76.55% and purity of 95.45% on average could be purified from 1 g of the cocoons. The purified rhLF was detected with a secondary structure similar with the commercially purchased human lactoferrin. Eight types of N-glycans which dominated by the GlcNAc (4) Man (3) (61.15%) and the GlcNAc (3) Man (3) (17.98%) were identified at the three typical N-glycosylation sites of the rhLF. Biological activities assays showed the significant evidence that the purified rhLF could relief the lipopolysaccharide (LPS)-induced cell inflammation in RAW264.7 cells and exhibit potent antibacterial bioactivities against the Escherichia coli (E. coli) and Bacillus subtilis.These results show that the middle silk gland of silkworm can be an efficient bioreactor for the mass production of rhLF and the potential application in anti-inflammation and antibacterial.

ABSTRACT Chitin is found in the exoskeleton and peritrophic matrix of arthropods, but recent studies have also identified chitin in the spinning duct of silk-spinning arthropods. Here, we report the presence and function of chitin and cuticle proteins ASSCP1 and ASSCP2 in the spinning duct of silkworms. We show that chitin and these proteins are co-located in the cuticular layer of the spinning duct. Ultrastructural analysis indicates that the cuticular layer has a multilayer structure by layered stacking of the chitin laminae. After knocking down ASSCP1 and ASSCP2, the fine structure of this layer was disrupted, which had negative impacts on the mechanical properties of silk. This work clarifies the function of chitin in the spinning duct of silk-spinning arthropods. Chitin and cuticle proteins are the main components of the hard and rigid cuticular layer, providing the shearing stress during silk fibrillogenesis and regulating the final mechanical properties of silk.

Flexible high-performance piezoelectric nanogenerator (PENG) excel in converting mechanical energy into electrical energy and exhibit remarkable sensitivity, a feature that is paramount for the development of self-driven piezoelectric sensors. In this study, electrospinning technology was used to prepare poly (vinylidene fluoride-co-trifluoroethylene) [P(VDF-TrFE)] based piezoelectric nanofiber composite films containing potassium-sodium niobate nano particles (KNN NPs) and Nb2CTx co-doping, as well as single-component doping. The co-doped composite film attained an optimal β-phase content of 91.33%. Owing to the enhanced dipole alignment and interface charge polarization, the piezoelectric performance of the co-doped composite film was significantly enhanced compared to that of single-component doping. The co-doped piezoelectric composite film displayed a stable maximum output voltage of 20 V and an output current of 1.46 μA. The peak instantaneous power output was measured at 9.9 μW under the optimal resistive load of 10 MΩ. Durability testing over 2000 cycles affirmed the excellent mechanical stability of the piezoelectric composite film. Moreover, the fabricated piezoelectric composite film showed considerable potential in applications such as monitoring human activities and serving as an early warning system for natural disasters such as landslides, as indicated by the test results.

Abstract Antimicrobial peptides (AMPs) are attractive candidates to combat antibiotic resistance for their capability to target bio-membranes and restrict a wide range of pathogens. It is a daunting challenge to discover novel AMPs due to their sparse distributions in a vast peptide universe, especially for peptides that demonstrate potencies for both bacterial membranes and viral envelopes. Here we establish a de novo AMP design framework by bridging a deep generative module and a graph-encoding activity regressor. The generative module learns hidden ‘grammars’ of AMP features and produces candidates sequentially pass antimicrobial predictor and antiviral classifiers. We discover three bifunctional AMPs and experimentally validated their abilities to inhibit a spectrum of pathogens in vitro and in animal models. Notably, P076 is a highly potent bactericide with the minimal inhibitory concentration of 0.21 μM against multidrug-resistant A. baumannii , while P002 broadly inhibits five enveloped viruses. Our study provides feasible means to uncover sequences that simultaneously encode antimicrobial and antiviral activities, thus bolstering the function spectra of AMPs to combat a wide range of drug-resistant infections.

The silkworm is an incredibly valuable insect that produces silk through its silk gland. Within this organ, Fibroinase has been identified and named due to its ability to fibroin degradation. The expression of Fibroinase in the silk gland significantly increases during the larval-pupal stage, which might be associated with the degeneration of the silk gland. In this study, Fibroinase was overexpressed and knocked down specifically both in the middle and posterior silk glands, respectively, using transgenic technology. The investigation of silk gland development in these transgenic silkworms showed that Fibroinase plays a direct role in accelerating silk gland degeneration. The staining analyses performed in the silk glands of transgenic silkworms suggest that Fibroinase is involved in the processes of autophagy and apoptosis during silk gland degeneration. Further experiments demonstrated that Fibroinase, acting as a lysosomal regulator, negatively regulates autophagy via the mTOR (mechanistic target of rapamycin) pathway. Moreover, during apoptosis, Fibroinase could activate Caspase3 by increasing the activity of BmCaspase1, ultimately accelerating the apoptosis process. These findings enhance our understanding of the physiological role of Fibroinase in promoting silk gland degeneration, which plays a role in breaking down proteins in the silk gland and coordinating the regulation of autophagy and apoptosis.

Diseases transmitted by arthropod-borne viruses such as West Nile virus (WNV) and chikungunya virus (CHIKV) pose threat to global public health. Unfortunately, to date, there is no available approved drug for severe symptoms caused by both viruses. It has been reported that reverse transcriptase inhibitors can effectively inhibit RNA polymerase activity of RNA viruses. We screened the anti-WNV activity of the FDA-approved reverse transcriptase inhibitor library and found that 4 out of 27 compounds showed significant antiviral activity. Among the candidates, etravirine markedly inhibited WNV infection in both Huh 7 and SH-SY5Y cells. Further assays revealed that etravirine inhibited the infection of multiple arboviruses, including yellow fever virus (YFV), tick-borne encephalitis virus (TBEV), and CHIKV. A deeper study at the phase of action showed that the drug works primarily during the viral replication process. This was supported by the strong interaction potential between etravirine and the RNA-dependent RNA polymerase (RdRp) of WNV and alphaviruses, as evaluated using molecular docking. In vivo, etravirine significantly rescued mice from WNV infection-induced weight loss, severe neurological symptoms, and death, as well as reduced the viral load and inflammatory cytokines in target tissues. Etravirine showed antiviral effects in both arthrophlogosis and lethal mouse models of CHIKV infection. This study revealed that etravirine is an effective anti-WNV and CHIKV arbovirus agent both in vitro and in vivo due to the inhibition of viral replication, providing promising candidates for clinical application.

Uneven lithium deposition poses a primary challenge for lithium-ion batteries, as it often triggers the growth of lithium dendrites, thereby significantly compromising battery performance and potentially giving rise to safety concerns. Therefore, the high level of safety must be guaranteed to achieve the large-scale application of battery energy storage systems. Here, we present a novel separator design achieved by incorporating a two-dimensional A-type molecular sieve coating onto the polypropylene separator surface, which functions as an effective lithium ion redistribution layer. The results demonstrated that even after undergoing 1000 cycles, the cell equipped with a two-dimensional A-type molecular sieve-Polypropylene (2D-A-PP) separator still maintains an impressive capacity retention rate of 70 %. In contrast, cells equipped with Polypropylene (PP) separators exhibit capacity retention rates below 50 % after only 500 cycles. Additionally, the incorporation of a two-dimensional molecular sieve enhances the mechanical properties of the PP separator, thereby bolstering battery safety. This study proposes a novel concept for the design of lithium-ion battery separator materials, offering a fresh perspective on the development of separators with exceptional thermal stability, enhanced porosity, superior electrolyte affinity, and effective inhibition of lithium dendrite formation.

Silk is a natural protein fiber that is predominantly comprised of fibroin and sericin. In addition, it contains seroins, protease inhibitors, enzymes, and other proteins. We found an ecdysone oxidase BmGMC2, notably, which is specifically and highly expressed only in the silk glands of silkworms (Bombyx mori L.). It is also one of the main components of non-cocoon silk, however, its precise function remains unclear. In this study, we examined the spatiotemporal expression pattern of this protein and obtained a homozygous mutant strain (K-GMC2) using the CRISPR-Cas9 system. Compared to the wild-type strain (WT), the silk production and main silk proteins significantly decreased in the larval stage, and the adhesive strength of native silk proteins decreased in the final instar. Proteomic data indicated the abundance of ribosomal proteins decreased significantly in K-GMC2, differentially expressed proteins (DEPs) were enriched in pathways related to neurodegenerative diseases and genetic information processing, indicating that knockout may lead to a certain degree of cell stress, affecting the synthesis of silk proteins. This study investigated the expression pattern and gene function of ecdysone oxidase BmGMC2 in silk and silk glands, laying the groundwork for understanding the role of enzymes in the production of silk fibers.