2018-09-04
2018年8月7日，派森诺生物与沈阳农业大学携手合作，于Fish and Shellfish Immunology杂志上发表了中华小长臂虾感染中华急游水虱前后的比较转录组分析的研究成果《Comparative transcriptome analysis of Chinese grass shrimp (Palaemonetes sinensis) infected with isopod parasite Tachaea chinensis》，这是关于T. chinensis和P. sinensis之间的寄生虫-宿主相互作用的转录组研究。
研究背景：
等足类寄生虫广泛分布于世界各地的海洋和淡水栖息地，它们影响各种商业上重要的甲壳类动物和鱼类。本文的研究对象，凭其引人注目的外观和吸引人的味道成为重要的水族馆和渔业资源的中华小长臂虾(Palaemonetes sinensis)，是等足类寄生虫中华急游水虱（Tachaea chinensis）的宿主。与大多数等足类寄生虫不同，T.chinensis对低温和化学农药具有很高的耐受性，特别是在集约化养殖设施中，因此对虾类的养殖影响较大。然而，目前对等足类寄生虫寄生和宿主反应的分子机制研究甚少，而对于虾类养殖中有效的寄生虫控制方法的开发，有关等足类寄生虫感染机制的更多研究是必要的。
研究方法：
样本：中华小长臂虾两组（对照组-正常养殖，处理组-养殖中加入中华急游水虱）
每组样本为五个相同处理条件样本的RNA的等量混样
平台：Illumina HiSeq
研究结果：
1.测序和数据拼接的结果
从对照组和感染组中产生了46,858,882和41,110,746条clean reads。然后组装了得到178,055个转录本和136,408个unigene，平均长度分别为268.06,635.53和530.89。高质量，长序列使得能够收集关于相关基因的更多信息。。
2. 转录组注释结果
大约23.96％的unigene在一个或多个数据库中有注释结果，所有数据库都有注释信息的比例为2.27％。NR库的注释结果中，物种的注释比例3%以上的为 Zootermopsis nevadensis 5.22％，Daphnia magna 4.07％，Limulus polyphemus 3.98％，Capitella teleta 3.12％，Lingula anatina 3.05％。
GO的注释结果可以看出，11,830个unigenes注释到三个功能类中。在第一类“生物过程”中，分别有4914, 1237和112个unigenes注释到代谢过程，对刺激的反应和免疫系统中。KOG注释的的结果将30158（22.11％）个Unigenes分成25组，KEGG注释则表明，”生物系统”中前五个基因富集的途径是'内分泌系统（570; 5.40％），免疫系统（188; 3.47％），神经系统（176; 3.23％） ，消化系统（109; 2.01％）和发育（103; 1.90％）。
Figure 2. The GO annotation of assembled genes
Figure 3. The COG annotation of assembled genes
Figure 4. The KEGG annotation of assembled genes
3. 差异分析结果
在对照组和感染组之间鉴定了1323个差异基因（DEG）（p <0.05），其中702个在T.chinensis感染后上调，621个下调。KEGG和GO分析的结果表明“核糖体”是最富集的（69个DEG，在感染组中68个上调）。这种富集模式与导致核糖体相关基因上调的细胞内寄生虫病（例如微孢子虫感染）的观察结果高度相似。此外，细胞内寄生虫通常与宿主细胞具有显著不同的核苷酸代谢，从而改变宿主代谢物水平。数据分析结果符合这一潜在特征，寄生后DEGs主要富集在嘌呤代谢，氨基酸生物合成，嘧啶代谢，碳代谢和氧化磷酸化几个途径。
Figure 5. Volcano plot of differentially expressed genes (DEGs)
3.1 免疫相关差异基因
KEGG分析显示上调或下调的DEG存在于8个“免疫系统”途径中，但大多数途径的富集不显著（p <0.05）。 此外，GO分析绘制了三个富含“免疫系统过程”的DEG和两个“免疫系统过程调节”（表S5）。 因此，为了确保存活直至传播给下一个寄主，寄生虫如T. chinensis可能在避免宿主免疫反应，以及寄主对其他致死性感染的易感性增加之间取得平衡。
3.2 代谢功能相关差异基因
在本研究中，与三羧酸（TCA）循环相关的基因，包括谷氨酸脱氢酶和甘油醛3-磷酸脱氢酶，在感染后显著上调。与ATP生成相关的基因可能是由于寄生后，为获得其发育和繁殖的资源，T. chinensis 快速消耗ATP含量所致。此外，谷氨酰胺合成酶（ GS）基因在感染后下调并且谷氨酸脱氢酶（GDH）基因在中华小长臂虾中上调。 GS和GDH是在氮代谢中起重要作用的酶。对这些数据的一种可能的解释是，寄生虫可能降低代谢率或利用其宿主的氨和氮的代谢机制，随后，利用更多的ATP进行其发育和繁殖，类似于在蛤蜊-虫黄藻共生系统中观察到的。这些数据表明，等足类寄生虫可能通过激活宿主能量或氮代谢而使其具有较低的宿主运动行为。因此建议未来的研究可以探讨等足类寄生虫宿主神经和行为调节的确切机制。
3.3 性腺发育功能相关差异基因
等足类寄生虫会损害甲壳类动物宿主的稳定性，严重妨碍其繁殖，例如，寄生虫的营养剥夺实际上可以阉割甲壳类动物宿主。尽管在本研究中未发现与营养代谢相关的DEG，但寄生虫作用下调了必需的生殖相关基因，特别是那些参与黄体酮介导的卵母细胞成熟途径的基因，并下调了14个与生殖相关的DEGs。长度为672-5761bp（表4）。研究结果表明等足类寄生虫主要通过直接激素变化影响宿主，而不是通过营养缺乏的间接变化。
3.4 RT-qPCR验证RNA-seq结果
6个DEG进行RT-qPCR来验证RNA-Seq分析结果。所有测试的基因在对照组和感染组之间显示出显著的差异表达（图6）。基因VO2，VOR，OZFPL和VASA在感染组中显示低丰度，而GA和GDH在感染后显示出上调。结果表明RNA-Seq数据是可靠的。
Figure 6. qRT-PCR verification of differentially expressed unigenes
4. 结论
本研究是T. chinensis和P. sinensis之间的寄生虫 - 宿主相互作用的研究。 鉴定的DEG显示寄生虫主要影响宿主的能量代谢，氮代谢和性腺发育。 虽然需要进一步研究来验证研究的结论，但目前的结果表明，T. chinensis可能参与转运细胞内寄生物，改变中华小长臂虾的核苷酸代谢物水平。 T. chinensis寄生虫下调与性腺发育相关的基因而不是与营养代谢相关的基因的事实也表明了连锁效应。 总的来说，该研究提供了有价值的经验数据，将支持甲壳类动物等足类寄生虫的未来分子研究。
原文索引：
Li Y, Xu W, Li X, et al. Comparative transcriptome analysis of Chinese grass shrimp ( Palaemonetes sinensis ) infected with isopod parasite Tachaea chinensis[J]. Fish & Shellfish Immunology, 2018.
文章链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1050464818304856
