Screening and application of scuticociliate virulence factors based on comparative genomics

Abstract

盾纤虫病是一种常见的鱼类寄生虫病，对海水鱼类养殖危害极大。盾纤虫病的发生通常是由盾纤类纤毛虫原生动物引起，它们在分类地位上分属于寡膜纲、盾纤目。这类纤毛虫，通常营自由生活,以水体中悬浮的细菌、微藻、小型原生动物为食；但在某些环境下,也可进行寄生生活,以某些软体动物、甲壳类、鱼类的细胞和组织残渣为食并在其组织内生长和繁殖。盾纤虫可以入侵宿主的多种组织和器官。患病鱼体的病灶部位变白色,最后发白区域充血、溃烂。相关研究集中在关于盾纤类纤毛虫的形态学描述和分类地位的界定上，并没有对盾纤虫病的分子机理进行深入的探讨。本研究以盾纤类纤毛虫代表种水滴伪康纤虫为研究对象，在测定水滴伪康纤虫大核基因组序列的基础上，构建了水滴伪康纤虫基因组数据库（http://ciliates.ihb.ac.cn/database/species/pp），并丰富了四膜虫功能基因组数据库（http://tfgd.ihb.ac.cn/）的功能。在此基础上，开展了寄生纤毛虫水滴伪康纤虫与自由生纤毛虫嗜热四膜虫的比较基因组学分析，探讨了水滴伪康纤虫可能的致病分子机理，筛选到了一批毒力因子，并对关键的毒力基因进行了功能分析。形成了如下三个方面的研究成果： （1） 构建了水滴伪康纤虫基因组数据库。数据库的建立为有效管理、可视化浏览和比较基因组分析提供基础。水滴伪康纤虫大核基因组数据库提供了基因组序列、基因注释和表达信息以及与其他纤毛虫的同源基因信息。另一方面丰富了嗜热四膜虫功能基因组数据库的功能，嗜热四膜虫功能基因组数据库丰富的内容包括不同生长时期转录组数据、减数分裂转录组数据和磷酸化蛋白质组数据。（2） 探讨了水滴伪康纤虫致病分子机理。水滴伪康纤虫与嗜热四膜虫的比较分析表明，水滴伪康纤虫的基因组大小、基因数目小于嗜热四膜虫，但是蛋白酶所占的比例却高于嗜热四膜虫。膜转运蛋白分析表明在水滴伪康纤虫中鉴定到了106个特异膜转运蛋白基因，可能参与宿主浸染过程中对宿主营养物质的代谢与转运。更为重要的，水滴伪康纤虫通过水平转移获得了54个细菌来源的基因，这些基因的功能明显和溶血过程包括细胞吸附、血细胞降解和血红素相关蛋白利用等，提示水滴伪康纤虫对鱼类致病的重要环节是入侵导致宿主血细胞发生溶血，而与溶血过程相关的基因则可能是水滴伪康纤虫重要的毒力因子，从而为理解鱼类盾纤虫病的致病机理提供了新线索。（3）开展了关键的毒力基因的功能分析。以溶血素Ⅲ为研究对象。利用基因工程的手段，实现了在大肠杆菌中水滴伪康纤虫溶血素Ⅲ基因的表达，且具有明显的溶血活性，提示其可能可以作为一个潜在的治疗盾纤类纤毛虫病药物的基因靶点