2018年8月7日，派森諾生物與沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)攜手合作，于Fish and Shellfish Immunology雜志上發(fā)表了中華小長(zhǎng)臂蝦感染中華急游水虱前后的比較轉(zhuǎn)錄組分析的研究成果《Comparative transcriptome analysis of Chinese grass shrimp (Palaemonetes sinensis) infected with isopod parasite Tachaea chinensis》，這是關(guān)于T. chinensis和P. sinensis之間的寄生蟲-宿主相互作用的轉(zhuǎn)錄組研究。
研究背景：
等足類寄生蟲廣泛分布于世界各地的海洋和淡水棲息地，它們影響各種商業(yè)上重要的甲殼類動(dòng)物和魚類。本文的研究對(duì)象，憑其引人注目的外觀和吸引人的味道成為重要的水族館和漁業(yè)資源的中華小長(zhǎng)臂蝦(Palaemonetes sinensis)，是等足類寄生蟲中華急游水虱（Tachaea chinensis）的宿主。與大多數(shù)等足類寄生蟲不同，T.chinensis對(duì)低溫和化學(xué)農(nóng)藥具有很高的耐受性，特別是在集約化養(yǎng)殖設(shè)施中，因此對(duì)蝦類的養(yǎng)殖影響較大。然而，目前對(duì)等足類寄生蟲寄生和宿主反應(yīng)的分子機(jī)制研究甚少，而對(duì)于蝦類養(yǎng)殖中有效的寄生蟲控制方法的開發(fā)，有關(guān)等足類寄生蟲感染機(jī)制的更多研究是必要的。
研究方法：
樣本：中華小長(zhǎng)臂蝦兩組（對(duì)照組-正常養(yǎng)殖，處理組-養(yǎng)殖中加入中華急游水虱）
每組樣本為五個(gè)相同處理?xiàng)l件樣本的RNA的等量混樣
平臺(tái)：Illumina HiSeq
研究結(jié)果：
1.測(cè)序和數(shù)據(jù)拼接的結(jié)果
從對(duì)照組和感染組中產(chǎn)生了46,858,882和41,110,746條clean reads。然后組裝了得到178,055個(gè)轉(zhuǎn)錄本和136,408個(gè)unigene，平均長(zhǎng)度分別為268.06,635.53和530.89。高質(zhì)量，長(zhǎng)序列使得能夠收集關(guān)于相關(guān)基因的更多信息。。
2. 轉(zhuǎn)錄組注釋結(jié)果
大約23.96％的unigene在一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中有注釋結(jié)果，所有數(shù)據(jù)庫(kù)都有注釋信息的比例為2.27％。NR庫(kù)的注釋結(jié)果中，物種的注釋比例3%以上的為 Zootermopsis nevadensis 5.22％，Daphnia magna 4.07％，Limulus polyphemus 3.98％，Capitella teleta 3.12％，Lingula anatina 3.05％。
GO的注釋結(jié)果可以看出，11,830個(gè)unigenes注釋到三個(gè)功能類中。在第一類“生物過程”中，分別有4914, 1237和112個(gè)unigenes注釋到代謝過程，對(duì)刺激的反應(yīng)和免疫系統(tǒng)中。KOG注釋的的結(jié)果將30158（22.11％）個(gè)Unigenes分成25組，KEGG注釋則表明，”生物系統(tǒng)”中前五個(gè)基因富集的途徑是'內(nèi)分泌系統(tǒng)（570; 5.40％），免疫系統(tǒng)（188; 3.47％），神經(jīng)系統(tǒng)（176; 3.23％） ，消化系統(tǒng)（109; 2.01％）和發(fā)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. 差異分析結(jié)果
在對(duì)照組和感染組之間鑒定了1323個(gè)差異基因（DEG）（p <0.05），其中702個(gè)在T.chinensis感染后上調(diào)，621個(gè)下調(diào)。KEGG和GO分析的結(jié)果表明“核糖體”是最富集的（69個(gè)DEG，在感染組中68個(gè)上調(diào)）。這種富集模式與導(dǎo)致核糖體相關(guān)基因上調(diào)的細(xì)胞內(nèi)寄生蟲病（例如微孢子蟲感染）的觀察結(jié)果高度相似。此外，細(xì)胞內(nèi)寄生蟲通常與宿主細(xì)胞具有顯著不同的核苷酸代謝，從而改變宿主代謝物水平。數(shù)據(jù)分析結(jié)果符合這一潛在特征，寄生后DEGs主要富集在嘌呤代謝，氨基酸生物合成，嘧啶代謝，碳代謝和氧化磷酸化幾個(gè)途徑。
Figure 5. Volcano plot of differentially expressed genes (DEGs)
3.1 免疫相關(guān)差異基因
KEGG分析顯示上調(diào)或下調(diào)的DEG存在于8個(gè)“免疫系統(tǒng)”途徑中，但大多數(shù)途徑的富集不顯著（p <0.05）。 此外，GO分析繪制了三個(gè)富含“免疫系統(tǒng)過程”的DEG和兩個(gè)“免疫系統(tǒng)過程調(diào)節(jié)”（表S5）。 因此，為了確保存活直至傳播給下一個(gè)寄主，寄生蟲如T. chinensis可能在避免宿主免疫反應(yīng)，以及寄主對(duì)其他致死性感染的易感性增加之間取得平衡。
3.2 代謝功能相關(guān)差異基因
在本研究中，與三羧酸（TCA）循環(huán)相關(guān)的基因，包括谷氨酸脫氫酶和甘油醛3-磷酸脫氫酶，在感染后顯著上調(diào)。與ATP生成相關(guān)的基因可能是由于寄生后，為獲得其發(fā)育和繁殖的資源，T. chinensis 快速消耗ATP含量所致。此外，谷氨酰胺合成酶（ GS）基因在感染后下調(diào)并且谷氨酸脫氫酶（GDH）基因在中華小長(zhǎng)臂蝦中上調(diào)。 GS和GDH是在氮代謝中起重要作用的酶。對(duì)這些數(shù)據(jù)的一種可能的解釋是，寄生蟲可能降低代謝率或利用其宿主的氨和氮的代謝機(jī)制，隨后，利用更多的ATP進(jìn)行其發(fā)育和繁殖，類似于在蛤蜊-蟲黃藻共生系統(tǒng)中觀察到的。這些數(shù)據(jù)表明，等足類寄生蟲可能通過激活宿主能量或氮代謝而使其具有較低的宿主運(yùn)動(dòng)行為。因此建議未來的研究可以探討等足類寄生蟲宿主神經(jīng)和行為調(diào)節(jié)的確切機(jī)制。
3.3 性腺發(fā)育功能相關(guān)差異基因
等足類寄生蟲會(huì)損害甲殼類動(dòng)物宿主的穩(wěn)定性，嚴(yán)重妨礙其繁殖，例如，寄生蟲的營(yíng)養(yǎng)剝奪實(shí)際上可以閹割甲殼類動(dòng)物宿主。盡管在本研究中未發(fā)現(xiàn)與營(yíng)養(yǎng)代謝相關(guān)的DEG，但寄生蟲作用下調(diào)了必需的生殖相關(guān)基因，特別是那些參與黃體酮介導(dǎo)的卵母細(xì)胞成熟途徑的基因，并下調(diào)了14個(gè)與生殖相關(guān)的DEGs。長(zhǎng)度為672-5761bp（表4）。研究結(jié)果表明等足類寄生蟲主要通過直接激素變化影響宿主，而不是通過營(yíng)養(yǎng)缺乏的間接變化。
3.4 RT-qPCR驗(yàn)證RNA-seq結(jié)果
6個(gè)DEG進(jìn)行RT-qPCR來驗(yàn)證RNA-Seq分析結(jié)果。所有測(cè)試的基因在對(duì)照組和感染組之間顯示出顯著的差異表達(dá)（圖6）。基因VO2，VOR，OZFPL和VASA在感染組中顯示低豐度，而GA和GDH在感染后顯示出上調(diào)。結(jié)果表明RNA-Seq數(shù)據(jù)是可靠的。
Figure 6. qRT-PCR verification of differentially expressed unigenes
4. 結(jié)論
本研究是T. chinensis和P. sinensis之間的寄生蟲 - 宿主相互作用的研究。 鑒定的DEG顯示寄生蟲主要影響宿主的能量代謝，氮代謝和性腺發(fā)育。 雖然需要進(jìn)一步研究來驗(yàn)證研究的結(jié)論，但目前的結(jié)果表明，T. chinensis可能參與轉(zhuǎn)運(yùn)細(xì)胞內(nèi)寄生物，改變中華小長(zhǎng)臂蝦的核苷酸代謝物水平。 T. chinensis寄生蟲下調(diào)與性腺發(fā)育相關(guān)的基因而不是與營(yíng)養(yǎng)代謝相關(guān)的基因的事實(shí)也表明了連鎖效應(yīng)。 總的來說，該研究提供了有價(jià)值的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將支持甲殼類動(dòng)物等足類寄生蟲的未來分子研究。
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.
文章鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1050464818304856
