
牛帶絳蟲和亞洲帶絳蟲可引起人類帶絳蟲病(Taeniasis)及家畜囊尾蚴病(Cysticercosis),嚴重影響公共衛生和食品安全。本研究利用二代測序技術對兩種絳蟲的基因組進行了測序,分別得到了約169Mb和168Mb基因組草圖。
本研究從全基因組層面系統比較并確認了亞洲帶絳蟲和牛帶絳蟲非常相近的進化關系,推測出兩種絳蟲約在1.14百萬年前開始分化。結合人類演化、遷徙和家畜馴化歷史,揭示出亞洲帶絳蟲物種形成及擴散跟直立人的狩獵行為、走出非洲過程等相關。
比較基因組分析發現,絳蟲基因組具有非常高的新基因產生速率。絳蟲的皮層表面特異性抗原成分編碼基因,尤其是參與免疫逃避等過程的相關基因,具有非常高的家族擴增速率,并在絳蟲的不同枝系上被選擇性保留下來后快速分化。牛帶絳蟲和亞洲帶絳蟲對這些新基因的保留具顯著差異,說明這些成分很可能在絳蟲適應不同宿主環境具有重要作用。同時,亞洲帶絳蟲的基因組比牛帶絳蟲具有更高的核苷酸進化速率及基因家族擴增/收縮速率。說明亞洲帶絳蟲基因組具有較高的進化活力,可為完成新的生活史建立提供進化基礎。
與牛帶絳蟲的牛肌肉嗜性不同,亞洲帶絳蟲囊尾蚴多發現于豬肝臟部位。研究發現,亞洲帶絳蟲的基因組中與脂質吸收、轉運和代謝以及糖代謝相關的關鍵基因,與牛帶絳蟲相比發生了顯著的擴增,且受到了較強正選擇壓力。推測這些基因很可能跟亞洲帶絳蟲適應豬肝臟高脂高糖營養環境等嗜性相關。另外,與絳蟲的穩態維持、免疫逃避、皮層保護等相關的基因也檢測到了強烈的正選擇信號,表明這些成分很可能在亞洲帶絳蟲完成宿主轉換過程中具有重要作用。
本研究還系統分析了寄生扁形動物的特殊的基因結構模式,揭示了絳蟲特殊的內含子進化規律,并詳細地鑒定了眾多診斷靶標、藥物靶標和宿主互作蛋白,為牛帶絳蟲、亞洲帶絳蟲和豬帶絳蟲的鑒別診斷、疫苗及藥物研制等提供了數據平臺。
該項成果是在“國家重點基礎研究發展計劃(973計劃)(項目編號:2015CB150300)”、“國家國際科技合作專項項目(項目編號:2013DFA31840)”、中國農業科學院科技創新工程和家畜疫病病原生物學國家重點實驗室的支持下完成的。該研究由才學鵬研究員(通訊作者)主導,以王帥博士作為第一作者,與北京基因組研究所、美國Texas A&M大學及美國CDC等單位合作下完成。