細(xì)粒棘球絳蟲基因組測序完成第1頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二第一作者國家人類基因組南方研究中心核酸序列部主任、副研究員鄭華軍張文寶（請見真人）張亮，上海人類基因組研究中心生物信息部研究員第2頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二通訊作者陳竺，科學(xué)院院士，原衛(wèi)生部部長（照片略）王升躍，2001年初學(xué)成回國，擔(dān)任國家人類基因組南方研究中心基因組學(xué)部負(fù)責(zé)人的工作，2002年兼任主任助理。周雁，男，1975年出生，博士，副教授，上海市生物信息學(xué)會理事。1994～2002年先后就讀于復(fù)旦大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院生物化學(xué)系及遺傳學(xué)研究所，2002年獲遺傳學(xué)博士學(xué)位。2001～2005年任中國科學(xué)院基因組信息學(xué)南方基地暨杭州華大基因研發(fā)中心副主任兼生物信息部主管。2005年起任國家人類基因組南方研究中心副研究員、生物信息部常務(wù)主管。2008年起任復(fù)旦大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院副教授。

第3頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二特立獨行，工作卓越的國外學(xué)者

DonaldPMcManus,MolecularParasitologyLaboratory,QIMRBerghoferInstituteofMedicalResearch,Brisbane,Queensland,Australia.第4頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二必加作者中科院院士、國家人類基因組南方研究中心執(zhí)行主任趙國屏第5頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二細(xì)粒棘球絳蟲對人類的危害Currently,upto3millionpeopleareinfectedwithE.granulosus,and,insomeareas,10%ofthepopulationhasdetectablehydatidcysts.第6頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二該寄生蟲的外形特點沒有腸道，沒有循環(huán)器官，沒有呼吸器官雌雄同體，產(chǎn)生2倍體的卵第7頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二測序技術(shù)Roche454GSFLX測序技術(shù)和Solexa測序技術(shù)相結(jié)合本課題共花費300余萬人民幣第8頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二蟲的外形變化特點，同時也是科學(xué)問題之一Auniquecharacteristicofthelarvae(protoscoleces,PSCs)withinthehydatidcystisanabilitytodevelopbidirectionallyintoanadultworminthedoggastrointestinaltractorintoasecondaryhydatidcystintheintermediate(human)host,aprocesstriggeredbybileacids.第9頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二科學(xué)問題2該蟲能夠感染哺乳動物，并適應(yīng)宿主體內(nèi)環(huán)境第10頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二研究結(jié)果獲得了這一寄生蟲的基因組序列草圖，其包含151.6Mb的序列和11,325個基因。細(xì)粒棘球絳蟲包含有9對染色體，它是第一批進行測序的絳蟲基因組之一，為早先英國WellcomeTrust基因科學(xué)園發(fā)表在Nature雜志上的高質(zhì)量多房棘球絳蟲(Echinococcusmultilocularis）基因組提供了補充。151.61

Mb（1.5億個堿基）包括105.75Mb單一重疊群和45.86Mb重復(fù)序列除了有大量與其他物種同源的相同基因外，還有1/5的基因為寄生蟲特有的基因，這些基因可能是決定細(xì)粒棘球絳蟲獨特性的關(guān)鍵因素。第11頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二代謝寄生蟲從宿主獲取了大量營養(yǎng)物質(zhì)因而丟失了很多與營養(yǎng)代謝相關(guān)的基因，如脂肪酸、氨基酸、和膽固醇合成相關(guān)的基因。但同時又獲得和擴充了許多基因，這些基因的產(chǎn)物可以改變宿主的免疫保護反應(yīng)，分解宿主產(chǎn)生的防御物質(zhì)，減少宿主對寄生蟲的傷害。棘球絳蟲一些“無用”基因的丟舍，以及一些生存關(guān)鍵基因的獲取和擴充是該寄生蟲的一大生物學(xué)特征，反映了寄生蟲對寄生生活的適應(yīng)性以及與宿主協(xié)同進化的特性。第12頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二核酸基本特點有158種tRNA基因，代表了20種氨基酸和5種18S,3種5.8S以及1種28SrRNA基因.未發(fā)現(xiàn)完整的轉(zhuǎn)座子，血吸蟲有20%的轉(zhuǎn)座子發(fā)現(xiàn)了145,534SNP位點，密度0.96SNPs/kb編碼區(qū)和基因組中GC含量比較高（在四種寄生蟲中最高）CpG/expectedCpG比值與其它寄生蟲相似，高于哺乳動物。胞嘧啶甲基化可以調(diào)節(jié)血吸蟲的產(chǎn)卵，但是蟲內(nèi)高CpG可以阻礙甲基化的發(fā)生CpG島主要位于基因的啟動子和第一外顯子區(qū)域，約有60％以上基因的啟動子含有CpG島。正常細(xì)胞的CpG島由于被保護而處于非甲基化狀態(tài)。人類有10個DNMT基因，該蟲只有一個DNA(cytosine-5)-甲基轉(zhuǎn)移酶

基因，一個methyl-CpG–bindingdomain基因第13頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二糖代謝，核酸代謝有完整的無氧酵解，三羧酸循環(huán)和磷酸戊糖途徑缺乏從頭合成嘧啶，嘌呤和大部分氨基酸（除了丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸）的能力。只能從宿主獲得第14頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二膽固醇缺乏鯊烯合酶，鯊烯單加氧酶，不能合成膽固醇宿主提供的膽固醇酯是合成膽固醇的唯一來源胞漿內(nèi)有甾醇o(jì)-?；D(zhuǎn)移酶，此外還有跨膜的膽固醇酯第15頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二13條代謝通路涉及氨基酸代謝、脂質(zhì)代謝，代謝產(chǎn)物的二級合成，無氧糖酵解,過氧化物酶體途徑,進一步強調(diào)了該蟲關(guān)鍵代謝對宿主的依賴.第16頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二重要的抗原---AgB包括7個成員。擴展域家族包括熱休克蛋白70，通用應(yīng)激蛋白，poly-(ADP-ribose)聚合酶(PARP)和前胸腺素?zé)嵝菘说鞍?0家族在寄生蟲的4個時期表達不同：成蟲只表達EG_09650；EG_10561表達于包蟲囊壁的膜上鑒定了13個應(yīng)激基因，與寄生蟲適應(yīng)惡劣的環(huán)境有關(guān)，如：過氧化反應(yīng)、變化得pH和大量高活性的蛋白酶第17頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二在該寄生蟲中有許多動力蛋白輕鏈（DLC)和動力蛋白重鏈(DHC)以及鈣粘蛋白。其中，DLC與TGF-βsignaling有關(guān)細(xì)粒棘球絳蟲有48個DLC成員，比其它寄生蟲都多鑒定出了49種鈣粘蛋白，與血吸蟲的很相似

；鈣粘蛋白屬于跨膜蛋白1家族，在細(xì)胞識別和黏附中其重要作用。它們定位于細(xì)胞膜，與相鄰細(xì)胞鈣粘蛋白亞型以拉鏈形式相互作用，與入侵宿主有關(guān)。第18頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二同源性1很遺憾，與其它寄生蟲沒有什么同源性。使用同源分析手段，發(fā)現(xiàn)了33個同源群（代表了42個細(xì)粒棘球絳蟲基因）在蠕蟲中是獨有的。它們將是藥物，疫苗，診斷的靶標(biāo)。第19頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二該蟲與其它寄生蟲編碼了一種特殊的同源群----------異戊二烯基半胱氨酸氧化酶，此酶催化異戊烯化蛋白降解的最后一步。異戊烯轉(zhuǎn)移酶抑制劑能抑制許多寄生蟲的分化和生長。異戊烯轉(zhuǎn)移酶是異戊烯化蛋白生物合成的關(guān)鍵酶和異戊二烯基半胱氨酸氧化酶一起可能是新的藥物靶點。

同源性2第20頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二同源性3-其它的寄生蟲特異同源群編碼蛋白

類似于CD151antigen（四旋蛋白）。已經(jīng)有2種四旋蛋白在曼氏血吸蟲被用于疫苗免疫小鼠，顯示出了保護作用。其機制在與引起了IgG介導(dǎo)的對四旋蛋白的免疫應(yīng)答。RNAinterference研究也顯示四旋蛋白在曼氏血吸蟲表皮發(fā)育，成熟具有重要作用；這些給我們的細(xì)粒棘球絳蟲以相似的提示。第21頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二雙向分化第22頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二關(guān)于雙向分化研究人員發(fā)現(xiàn)膽汁鹽信號通路中的基因有可能控制了細(xì)粒棘球絳蟲的雙向發(fā)育。有兩種膽酸鹽信號受體：TGR5,一種蛋白耦聯(lián)受體(GPCR)和核激素受體超家族如：法尼醇X受體(

FXR)。但是在該蟲基因組和轉(zhuǎn)錄組中并未發(fā)現(xiàn)前者。找到了四種候選核內(nèi)膽酸鹽激素受體，編碼的蛋白20%與FXD和維生素D受體（VDR）相似，包含一個DNA結(jié)合域和一個配體結(jié)合域。發(fā)現(xiàn)了5個膽酸鈉鹽協(xié)同轉(zhuǎn)運蛋白和7個多耐藥蛋白，以及一些與膽酸代謝相關(guān)的基因，如膽固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白1，膽酸β葡萄糖苷酶相關(guān)蛋白。蛻皮激素或其他性激素可能通過核受體來調(diào)節(jié)寄生蟲的蛻皮。研究發(fā)現(xiàn)，棘球絳蟲獨特的膽酸鹽調(diào)控雙向發(fā)育的遺傳基礎(chǔ)。在細(xì)粒棘球絳蟲基因組中，發(fā)現(xiàn)了膽酸核受體基因（FXR和DVR）,但是無膜受體基因。核受體FXR和DVR與TGR5膜受體相比，對配體的敏感性低，因此，原頭蚴只有在終宿主（狗）腸道內(nèi)高濃度膽酸作用核受體時才能發(fā)育為成蟲。與囊壁比較，原頭節(jié)中有356個基因表達上調(diào)，其中45個與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)。還有28個基因在原頭節(jié)中表達上調(diào)，在囊壁中是完全沉默的。第23頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二關(guān)于節(jié)片的生產(chǎn)和生殖Hsp90-likeproteinwashighlyexpressedinadultsandhydatidcystssuggestingthatHsp90mayhavearoleinstrobilizationinadultE.granulosus,alongwithotherproteinssuchasthatencodedbythesegmentationgenefushitarazu.還發(fā)現(xiàn)許多與減數(shù)分裂通路相關(guān)的關(guān)鍵分子，如：早期減數(shù)分裂誘導(dǎo)蛋白，減數(shù)分裂重組蛋白rec8，減數(shù)分裂核分裂蛋白1類似物等。卵表面LDL受體重復(fù)包含蛋白表達于卵細(xì)胞的漿膜上，是受精所必須。第24頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二信號通路發(fā)現(xiàn)該寄生蟲擁有數(shù)條完整的信號通路：MAPK,ErbB,Wnt,Notch,Hedgehog,TGF-β,Jak-Stat和insulinsignaling基因組編碼成纖維細(xì)胞生長因子受體、表皮生長因子受體、胰島素樣生長因子受體無編碼FGF,EGF或IGF的基因發(fā)現(xiàn)了11個細(xì)胞因子受體，12個核受體，66個G蛋白偶聯(lián)的受體研究揭示，棘球絳蟲通過受體可以接受宿主的激素和生長因子信號，形成依賴于宿主激素和生長因子的信號通路系統(tǒng)，以保證其生長、發(fā)育和繁殖。

第25頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二神經(jīng)內(nèi)分泌和神經(jīng)系統(tǒng)與血吸蟲相比，該蟲的神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)比較簡單，而且不完整。鑒定出了92個編碼編碼感覺系統(tǒng)的基因，包括味覺、嗅覺、聽覺受體類似物，以及G蛋白和腺苷酸環(huán)化酶3.下丘腦-垂體-外周內(nèi)分泌腺軸在該蟲中缺失發(fā)現(xiàn)了2個假定的下丘腦-垂體-外周內(nèi)分泌腺軸受體：TRHR和TRH(它們與人和狗的同源性較高）第26頁，共29頁，2023年，2月20日，星期二逃避免疫識別和調(diào)節(jié)宿主免疫應(yīng)答該寄生蟲壽命奇長，人體內(nèi)可達53年。EgAgB在免疫逃避中起關(guān)鍵作用，因為它是分泌性的，變化的。其它策略，如分泌蛋白酶，消化宿主的蛋白；分泌蛋白酶抑制劑，對抗宿主蛋白酶的消化鑒定出了1965個具有信號肽的蛋白，期中809個是跨膜的或可分泌的。它們可以通過影響細(xì)胞因子網(wǎng)絡(luò)，信號傳導(dǎo)關(guān)鍵酶來抑制或轉(zhuǎn)變宿主免疫應(yīng)答。與血吸蟲不同，未發(fā)現(xiàn)Toll-likereceptorpathway鑒定出了一些天然免疫系統(tǒng)相關(guān)的分子：白三烯A4水解酶，趨化因子吸引物，巨球蛋白，細(xì)胞因子，腫瘤壞死因子（TNF）受體，糖，甘露糖基轉(zhuǎn)移酶，前列腺素，脂肪氧合酶，