合作文章双发 | 两项绦虫基因组研究揭示其适应性进化机制
绦虫属于扁形动物门的绦虫纲（Class Cestoda）。该纲成虫体背腹扁平、左右对称、大多分节，长如带状，无口和消化道，缺体腔，除极少数外，均为雌雄同体。绦虫全部营寄生生活，对牲畜等动物生长及发展危害巨大。成虫绝大多数寄生在脊椎动物的消化道中，生活史中需1～2个中间宿主，在中间宿主体内发育的时期被称为中绦期（metacestode），各种绦虫的中绦期幼虫的形态结构和名称不同。
近期，诺禾致源联合多家科研院所分别对细颈绦虫（Taenia hydatigena）和莫尼茨绦虫（Moniezia expansa）的基因组进行组装并进一步研究，对寄生虫适应性机制等方面提供了相关见解。
The genome of the thin-necked bladder worm Taenia hydatigena reveals evolutionary strategies for helminth survival
细颈绦虫的基因组揭示寄生蠕虫生存的进化策略
发表期刊：Communications Biology
影响因子：6.268
发表日期：2021 年 8 月
合作单位：中国农业科学院兰州兽医研究所、诺禾致源
研究材料
T. hydatigena 成虫从自然感染的犬（甘肃兰州）中收集。幼虫收集自用成虫节片中的卵实验感染的羊。基因组 DNA 提取自颈节和中间节，在 PacBio Sequel、Illumina HiSeq X 上测序。RNA-seq 样本采集自不同发育时期的羊腹腔，包括成熟节片和未成熟节片。
研究背景
细颈绦虫（Taenia hydatigena）是分布广泛的胃肠道寄生蠕虫，可造成畜牧业重大损失。该寄生虫可以在80 余种哺乳动物中生存，影响寄生动物传染病传播动态和寄生生物进化策略。
主要结果
该研究组装了第一个细颈绦虫 T. hydatigena 的全基因组序列，揭示了其基因组特征（如基因组增大、广泛的病毒样序列整合和广泛的选可变剪接)，以及与其寄生适应性相关的特殊适应（如对被膜和脂质代谢的适应性进化)。与进化上接近的通过基因家族扩张实现与免疫抑制相关的基因多样化的吸虫相比，在 T. hydatigena 和其他绦虫中通过可变剪接和基因丢失实现基因多样性。这表明这两类动物进化出了不同的生存机制。此外，研究还鉴定了诊断和干预的分子靶点。通过揭示广泛存在的内源性圆环病毒科序列、宿主组织中与迁移相关的广泛可变剪接以及被膜成分和脂质代谢基因的适应性，特别是对发育阶段的选择性剪接事件的分析，作者得出一种新的进化策略，并为寄生虫适应机制的深入研究提供见解。
图 1 T. hydatigena 基因组特征
图 2 转录组中的广泛可变剪接
图3 T. hydatigena 和其他虫的进化关系
De Novo Sequencing and High Contiguity Genome Assembly of Moniezia expansa Reveals Its Specific Fatty Acid Metabolism and Reproductive Stem Cell Regulatory Network
莫尼茨绦虫的从头测序和高度连续基因组组装揭示其特异脂肪酸代谢和生殖干细胞调控网络
发表期刊：Frontiers in Cellular and Infection Microbiology
影响因子：5.293
发表日期：2021 年 7 月
合作单位：四川大学、新疆农垦科学院畜牧兽医研究所、诺禾致源
研究材料
基因组测序材料为石河子市新屠宰的绵羊肠道中分离出的完整成年个体。样本置放于 37℃磷酸盐缓冲液（pH 7.4）中保温，并尽快送到实验室。收集到的 Moniezia 个体依据苏木精染色后节间腺体分为Moniezia benedeni 或 M. expansa。
研究背景
莫尼茨绦虫(M. expansa，圆叶目裸头科)是一种寄生扁虫，长度可达 10 米，主要寄生于奇蹄目、偶蹄目和灵长目（包括人类），主要寄生于小肠，可夺取宿主营养致其瘦弱，大量卵被吞入后可导致宿主小肠阻塞（可能致死），并可分泌神经毒素导致宿主头部和后颈部神经学症状。其个体生长速度可达 8-12cm/ 天，颈部节片可持续向后产生新节片，每个节片上均有生殖系统，孕节中的性器官退化，子宫充分发育并占据整个节片，因此又被称为“产卵机器”。在生殖过程中，脂质起到重要生理作用。莫尼茨绦虫体内脂质含量极高，但其对高生殖力的贡献并不清晰，而调控生殖的基因也鲜为人知。
主要结果
该研究使用 Illumina、PacBio、BioNano 技术组装了莫尼茨绦虫的全基因组序列，基因组全长 142Mb，contig N50 3.39Mb，scaffold N50 7.27Mb 。该基因组包含 8104 个蛋白编码基因，16%是重复序列。在所研究类群中，H.microstoma 与 M.expansa 亲缘关系最近，二者分化时间为 66.4mya。虽然该物种中脂质含量高，但它自身由于缺少 FASN、FAS1 和 FAS2 基因无法合成脂质。M.expansa 有相对完整的脂肪酸β-氧化通路，可以通过脂质转运和结合蛋白代谢多数脂质以利用宿主肠道内液的脂质。在寄生生活适应方面，M.expansa 经历了生殖系统外的多器官退化。PL10、AGO、Nanos 和 Pumilio 在生殖干细胞维持和保护中起重要作用，同 Wnt、hedgehog、TGF-β和 Hippo 信号通路共同组成强力的生殖调控通路。该研究增进了对裸头绦虫科的了解。
表 1 32 个已发表扁形动物门物种的基因组特征
图1 不同物种的进化树和基因分布
图2 M. expansa 的脂质代谢通路
往期精彩推荐
产品研发部 王 璐 | 文案