研究揭示非模式哺乳動物與其寄生蛔蟲協同演化機制

　　協同演化（Coevolution）指兩個或多個物種通過自然選擇的過程相互影響彼此的演化，按種間關系可分為互利的協同演化和拮抗的協同演化。宿主和寄生蟲的協同演化就是典型的拮抗協同演化。已有的關于協同演化遺傳機制的研究較多集中于候選基因水平，缺乏基因組水平的研究。隨著基因組測序技術的發展，一些和人類及家養動物健康相關的寄生蟲基因組被解析。然而，目前多數研究著眼于寄生蟲基因組的結構和功能解析，未探討相應宿主基因組的相關變化，以及宿主與寄生蟲兩者間協同演化的基因組學機制。

　　中國科學院院士、中科院動物研究所研究員魏輔文團隊對大熊貓貝蛔蟲（Baylisascaris schroederi）、小熊貓貝蛔蟲（Baylisascaris ailuri）和獅弓蛔蟲（Toxascaris leonina）進行基因組從頭測序和組裝，通過比較基因組學分析，研究非模式哺乳動物與其寄生蛔蟲協同演化的遺傳機制，以及蛔蟲寄生生活的適應機制和大、小熊貓貝蛔蟲特殊的適應機制。全基因組水平系統發育樹顯示，宿主和蛔蟲的系統發育樹不一致，表明寄生蛔蟲在物種層面沒有與宿主協同演化。通過模擬蛔蟲在宿主體內的生活史，構建全基因組層面宿主和蛔蟲的蛋白相互作用，發現CTSZ和P4HB這兩個免疫調節蛋白在哺乳動物和寄生蛔蟲的互作網絡中起重要作用。同時，對5種哺乳動物和其寄生蛔蟲的互作系統中的186對共有的互作蛋白的基因樹拓撲結構比較分析發現，7對互作蛋白（CRP-PLA2G1B、PLA2G7-PLA2G1B、 PLA2R1-PLA2G1B、PLB1-PLA2G1B、IGFBP7-P4HB、MMP8-CTSZ 和 QPCT-CTSZ）基因樹的拓撲結構一致，反映宿主和蛔蟲之間基因水平的協同演化。這7對互作蛋白與寄生蟲感染期間的免疫反應相關。此外，將寄生蛔蟲的正選擇基因在75種寄生線蟲和12種自由生活線蟲中進行比較分析，以識別寄生線蟲特異的氨基酸位點。結果鑒定34個正選擇基因攜帶有60個寄生線蟲特異的氨基酸位點，這些正選擇基因部分富集在有絲分裂等幼蟲發育和生殖相關通路。研究發現，大、小熊貓貝蛔蟲基因組中均有較高的金屬蛋白酶基因比例，且其分泌組含有更多的糖基轉移酶和細胞色素P450通路蛋白基因，這可能與其適應宿主食物——竹子的次生代謝產物有關；大、小熊貓貝蛔蟲的正選擇基因部分富集在幼蟲發育和生殖相關通路，顯示可能與大、小熊貓貝蛔蟲幼蟲的快速發育相關。

　　該研究從基因組水平揭示非模式哺乳動物與其寄生蛔蟲協同演化的遺傳學基礎，為宿主和寄生蟲協同演化的分子機制提供新認識。同時，該研究獲得的蛔蟲基因組資源、分泌組以及協同演化的關鍵互作蛋白等為科學預防大、小熊貓等瀕危動物的蛔蟲病提供候選基因資源。相關研究成果以Genomic signatures of coevolution between non-model mammals and parasitic roundworms為題，在線發表在Molecular Biology and Evolution上。動物所研究員胡義波和博士生虞立君為論文的共同第一作者，魏輔文為論文通訊作者。研究工作得到中科院戰略性先導科技專項（B類）、國家自然科學基金委、中科院前沿科學重點研究項目、中科院青年創新促進會項目等的資助。

　　論文鏈接

圖1.五種非模式哺乳動物與其寄生蛔蟲基因組水平的蛋白互作分析發現，免疫調節蛋白CTSZ和P4HB在蛋白互作網絡中發揮中心作用

圖2.哺乳動物宿主和其寄生蛔蟲物種水平（a）和基因水平（b）的系統發育關系，反映基因水平的宿主和蛔蟲之間的協同演化