SSR基因分型在人類瘧原蟲多樣性、種群結(jié)構(gòu)和進(jìn)化起源研究中的應(yīng)用

發(fā)稿時(shí)間：2020-03-12來(lái)源：天昊生物

  

題目：Human Plasmodium vivax diversity, population structure and evolutionary origin

人類間日瘧原蟲多樣性、種群結(jié)構(gòu)和進(jìn)化起源

發(fā)表期刊：PLOS Neglected Tropical Diseases 發(fā)表時(shí)間：2020-3-9  影響因子：4.487

 

1、研究簡(jiǎn)介

間日瘧原蟲是世界上分布最廣的瘧原蟲，每年報(bào)告的瘧疾臨床病例超過2億例。由于與惡性瘧原蟲相比，該物種的死亡率較低，因此長(zhǎng)期以來(lái)一直被忽視和研究不足。在過去十年中，隨著抗瘧藥物耐藥性的發(fā)現(xiàn)以及嚴(yán)重甚至致命的人類病例的發(fā)現(xiàn)，人們重新產(chǎn)生了興趣。盡管如此，今天在人們對(duì)間日瘧原蟲的種群遺傳學(xué)和進(jìn)化史的理解上仍然有很大的差距，特別是因?yàn)槿狈?lái)自非洲的遺傳數(shù)據(jù)。為了填補(bǔ)這些空白，本研究對(duì)來(lái)自全球20個(gè)國(guó)家的28個(gè)地點(diǎn)的834個(gè)樣本中的14個(gè)微衛(wèi)星位點(diǎn)進(jìn)行了基因分型，分析了世界范圍內(nèi)的種群遺傳結(jié)構(gòu)和多樣性，間日瘧原蟲在世界范圍內(nèi)的進(jìn)化起源及其在美洲的引入。這項(xiàng)研究證明了對(duì)間日瘧原蟲進(jìn)行全基因組分析的重要性，以便解開其復(fù)雜的進(jìn)化史。

 

 

2、材料和方法

收集來(lái)自20個(gè)國(guó)家28個(gè)地點(diǎn)的834份間日瘧原蟲感染的人類血液樣本。所有血樣在知情同意后收集，并保存為干血斑或全血。間日瘧原蟲感染通過顯微鏡、聚合酶鏈反應(yīng)和/或RDT確診。

微衛(wèi)星基因分型方面，在提取DNA后，先利用試劑盒對(duì)每個(gè)DNA樣品進(jìn)行全基因組擴(kuò)增。將全基因組擴(kuò)增的DNA用作模板，用于對(duì)間日瘧原蟲10條染色體上的14個(gè)多態(tài)性微衛(wèi)星標(biāo)記進(jìn)行擴(kuò)增。熒光標(biāo)記的PCR產(chǎn)物利用ABI毛細(xì)管電泳儀進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)行基因分型。

血樣經(jīng)常被兩個(gè)或多個(gè)單倍型間日瘧原蟲感染，導(dǎo)致在多態(tài)位點(diǎn)檢測(cè)到兩個(gè)或多個(gè)等位基因。在14個(gè)微衛(wèi)星位點(diǎn)中的任何一個(gè)位點(diǎn)上具有一個(gè)以上等位基因的分離株被從分析中去除，留下575個(gè)樣本用于群體遺傳分析。利用LOSITAN軟件對(duì)自然選擇下的微衛(wèi)星標(biāo)記進(jìn)行了搜索，確定了可能處于正選擇或平衡選擇下的微衛(wèi)星座位。使用Nei’s無(wú)偏估計(jì)等方法對(duì)群體遺傳多樣性進(jìn)行了分析。使用種群樹、多維標(biāo)度(MDS)和貝葉斯聚類方法(STRUCTURE分析)對(duì)種群之間的遺傳關(guān)系及結(jié)構(gòu)進(jìn)行了評(píng)估及可視化。

 

3、研究結(jié)果

圖1、取樣分布圖。每個(gè)國(guó)家都標(biāo)明了采集的樣本數(shù)(N)和單一感染樣本數(shù)(Nm)。黃色代表亞洲國(guó)家，紫色代表中東國(guó)家，灰色代表非洲國(guó)家，綠色代表美國(guó)國(guó)家。

 

遺傳多樣性和連鎖不平衡分析

圖2、使用每個(gè)群體所有基因座對(duì)每個(gè)大陸的總體等位基因豐富度、Hs和rDbar的評(píng)估結(jié)果。

 

結(jié)果顯示，東南亞群體呈現(xiàn)最高的等位基因豐富度(圖2A)和遺傳多樣性(Hs亞洲= 0.865；Hs中東= 0.788；Hs非洲= 0.820；Hs美國(guó)人口= 0.820)(圖2B)。當(dāng)分別考慮每個(gè)基因座時(shí)，觀察到等位基因豐富度和預(yù)期雜合性的一致模式。關(guān)于連鎖不平衡(根據(jù)rDbar的估計(jì))，東南亞人口的水平最低，其次是中東、非洲和南美人口(圖2C)。

 

 

 

群體遺傳結(jié)構(gòu)分析

圖3、全世界收集的575株間日瘧原蟲的遺傳結(jié)構(gòu)。A.基于Cavalli-Sforza距離的NJ樹。B.不同國(guó)家及區(qū)域多維標(biāo)度表示（MDS）圖。

 

圖4、使用STRUCTURE軟件，對(duì)全球收集的575個(gè)間日瘧原蟲樣本進(jìn)行K = 2、K = 4和K = 6的貝葉斯聚類分析。

 

使用NJ樹和MDS方法都顯示間日瘧原蟲種群根據(jù)地理起源聚集在一起(圖3A和3B)。根據(jù)貝葉斯聚類分析，與美國(guó)人口相比，亞洲、中東和東非的群體結(jié)構(gòu)似乎沒有按國(guó)家劃分，而是更加多樣化(圖4)。在美洲大陸，墨西哥間日瘧原蟲的種群似乎與毛里塔尼亞的種群相關(guān)聯(lián)。實(shí)際上，貝葉斯聚類分析 (在K從4到8變化的模型下)表明，墨西哥被分配到與毛里塔尼亞相同的組。而來(lái)自埃塞俄比亞和蘇丹的非洲似乎在遺傳上更接近中東和亞洲 (圖4)。

 

4、討論

本研究的結(jié)果揭示，在世界范圍內(nèi)觀察到的種群間遺傳多樣性和遺傳分化的差異可能是間日瘧原蟲在世界上殖民歷史的結(jié)果，也可能是近期人口統(tǒng)計(jì)事件(如種群收縮、擴(kuò)張或創(chuàng)建事件)的影響。本文基于微衛(wèi)星標(biāo)記的結(jié)果更符合亞洲起源和目前在全球人類中發(fā)現(xiàn)的間日瘧原蟲種群從亞洲的傳播。遺傳多樣性和等位基因豐富度在東南亞間日瘧原蟲種群中最高，從東南亞到東非逐漸減少，這表明人類間日瘧原蟲的源種群在東南亞，然后通過一步一步的殖民化過程傳播到非洲的假說(shuō)。

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關(guān)于天昊：

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