宿主范围截然不同的蓝氏贾第虫和仓鼠贾第虫的宿主策略分化的比较基因组学研究

Giardia is a group of unicellular intestinal protozoa parasitizing in various vertebrates including human. Although belonging to the same Giardia genus, the diverse species show rather diversified host ranges, thus they are an excellent model system for the study of host strategy of protozoan parasites. G.lamblia is known to have the broadest host range among the known mammal Giardia spp. and can infect numerous mammals (such as Bos taurus, Phodopus sungorus and so on), while our newly reported Giardia species---- G.cricetidarum n.sp. has been demonstrated to be of the most narrow host range among the known mammal Giardia spp.---- dwelling exclusively in animals of hamster subfamily, which are only small part of G.lamblia's hosts. The comparative study between the two closely related Giardia species but with quite different host ranges might be able to reveal the cause behind this difference and the mechanism for Giardia's host strategy diversification. This project is designed to sequence the genome of the newly discovered G.cricetidarum n.sp. and then carry out a comprehensive comparative genomics study between G.lamblia and G.cricetidarum, especially focusing on the genome components related to the parasitic life, aiming to reveal the genetic mechanism underlying the two different host ranges of the two Giardia spp. and the host strategy diversification of Giardia. Our study can benefit both the study of parasitic adaptation and the efficient control of giardiasis.

贾第虫是一类广泛寄生于各种脊椎动物包括人类在内的肠道原虫。虽然同属贾第虫属(Giardia)，但不同的贾第虫种类的宿主范围呈现出宽窄不同的多样差异，是研究寄生原虫的“宿主策略”分化的很好对象。蓝氏贾第虫（G.lamblia）是目前所知的具有最为广泛的哺乳动物宿主的种类，而我们最近报道的一个贾第虫新种----仓鼠贾第虫(G.cricetidarum)被证明为已知的宿主范围最窄的哺乳动物贾第虫：其宿主仅是蓝氏贾第虫的宿主的一小部分，即仓鼠亚科。对这两种近缘、但宿主范围宽窄却截然不同的贾第虫进行比较分析，则可能揭示引起它们宿主策略分化的机制。本项目拟通过测定新发现的仓鼠贾第虫的基因组，进而与已测基因组的蓝氏贾第虫进行全面系统的比较基因组学研究，并着重分析比较它们的寄生适应相关的基因组功能组分，旨在揭示它们截然不同的宿主范围和宿主策略分化的遗传机制，为寄生适应性进化研究和贾第虫病的防治作贡献。

贾第虫是一类寄生于各种脊椎动物的肠道原虫。虽然同属贾第虫属，但不同的贾第虫种类的宿主范围宽窄不同。蓝氏贾第虫（Giardia lamblia）是目前所知的具有最为广泛的哺乳动物宿主的种类，而仓鼠贾第虫（G. cricetidarum）是目前已知的宿主范围最窄的种类：其宿主仅是蓝氏贾第虫宿主的一小部分，即仓鼠亚科。对这两种贾第虫进行比较分析，可能揭示引起它们宿主策略分化的机制，为寄生适应性进化研究和贾第虫病的防治作贡献。.本项目首先测定了仓鼠贾第虫的基因组数据，并完成了其基因组的组装和注释，进而开展了蓝氏贾第虫与仓鼠贾第虫的比较基因组学研究。.我们发现，两种贾第虫的基因数量都较为接近，基因组都发生了高度精简，但精简程度不同，基因组大小随着宿主范围的变窄而减小。主要结果如下：（1）蓝氏贾第虫现存8个内含子，而仓鼠贾第虫不存在这些内含子。这一结果表明，它们都经历了内含子的大量丢失。（2）多基因家族方面：A）两种贾第虫的VSPs呈现一种包含的关系，这与它们的宿主范围的相互嵌套关系吻合，说明VSPs是贾第虫宿主范围的决定性因素之一，它们适应不同的宿主所需要的VSPs种类和数量不同，宿主范围越狭窄，对应的VSPs种类和数量也就越少；B）两种贾第虫NEK家族和ARP家族的基因数量无明显差别，但这些基因相互之间序列上出现了巨大的分化，这可能与它们各自的生存环境不同相关。（3）我们预测仓鼠贾第虫共有92个代谢途径，其中16个为其特有；蓝氏贾第虫共有98个代谢途径，其中8个为其特有。两种贾第虫各自特有的代谢途径主要集中在环境信息处理方面，说明它们各自进化出了处理不同环境信息的能力。（4）蓝氏贾第虫不具有完整的脂肪酸从头合成通路，而仓鼠贾第虫却具有该途径，且其被证实发挥生理功能，该途径是仓鼠贾第虫为了适应宿主食粪行为被保留下来的。总之，本项目揭示了两种贾第虫宿主策略分化的一些重要遗传机制。 .完成该项目的研究，部分结果已在Int. J. Parasitol. Parasites Wildl.和Plant Divers.期刊上发表SCI论文2篇，培养博士研究生1名、硕士研究生1名。