基于微卫星和线粒体序列标记的日本血吸虫种群遗传多样性研究

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日本血吸虫Schistosoma japonicum属复殖目(Digenea),裂体科(Schistosomatidae),其引起的日本血吸虫病广泛流行于我国,特别是长江中下游地区,严重威胁人类健康。由于其中间宿主湖北钉螺分布广泛且终末宿主种类较多,日本血吸虫与宿主以及与环境之间的交互作用带来了较强的遗传变异,从而增加了日本血吸虫病的防治难度。本研究利用一系列新的微卫星分子标记和线粒体基因组全序列研究我国不同地理种群的遗传结构,分析各个种群间的系统发育关系,探讨其分化成因,从而为制定因地制宜的血吸虫病防治策略提供理论依据。  根据已公布的日本血吸虫全基因组序列,筛选到12个新的微卫星DNA分子标记。应用这12个微卫星标记对采自我国长江中下游地区5省的19个日本血吸虫自然隔离种群进行系统而深入的研究,分析其遗传多样性及遗传分化程度。本研究在543个日本血吸虫个体上共检测到322个等位基因,每个微卫星位点检测到的平均等位基因数在22(SjN117、SjN133、SjN140)到38(SjN130)之间变化,期望杂合度(HE)在0.906(SjN140)到0.939(SjN143)之间变化,观察杂合度(HO)在0.455(SjN132)到0.953(SjN51)之间变化,显示出高度的遗传多态性。19个日本血吸虫种群普遍偏离哈迪-温伯格平衡,且HE大于HO。19个日本血吸虫种群间的配对FST值中,超过90%的数值显著大于0.05(P<0.001),表现出中等以上的遗传分化程度。AMOVA结果显示86.95%的遗传变异发生在种群内。STRUCTURE聚类分析、系统进化分析和主成分分析显示19个日本血吸虫种群并未表现出显著的聚类关系。Mantel检验发现19个日本血吸虫种群间的遗传距离与地理距离呈极显著的负相关(P<0.01),说明我国长江中下游地区的日本血吸虫种群遗传分化并不符合距离隔离模式。在19个种群中,AHzy种群和AHzy2种群偏离突变-漂移平衡,表现出显著的杂合过剩(P<0.05),暗示其近期可能经历了瓶颈效应。  此外,本研究克隆到了日本血吸虫台湾株(TWch)、中国大陆四川西昌(SCxc)、云南洱源(YNey)、云南鹤庆(YNhq)、安徽铜陵(AHtl)、安徽无为(AHww)、安徽贵池(AHgc)、安徽枞阳(AHzy)、安徽枞阳2(AHzy2)共9个地理株的线粒体基因组全序列,对其进行了全面深入的比较分析,探讨了我国日本血吸虫的遗传变异及系统发育。我国分布的日本血吸虫的线粒体基因组比较保守,基因排列顺序完全一致;全序列的碱基组成和碱基偏好极为相似;蛋白编码基因中,除COⅢ和Cytb基因外的10个基因长度一致,起始密码子的使用完全一致,仅在终止密码子的使用上存在少许差异;tRNA的数目及二级结构基本相同,仅存在若干碱基的变异。系统发育分析中,滇川地区的地域株以极高的节点支持率和后验概率聚为一枝,与长江中下游地区地域株无显著的聚类关系。长江中下游地区与滇川地区日本血吸虫间的遗传距离(0.00741)略大于大陆株与台湾株间的遗传距离(0.00638),这表明中国大陆长江中下游地区与滇川地区的日本血吸虫间可能出现了高于日本血吸虫大陆株与台湾株间的遗传分化。  综上所述,我国不同分布区域的日本血吸虫已发生了较大的遗传分化。日本血吸虫台湾株与大陆株之间亲缘关系密切,存在共同的起源,但是长期的地理隔离使其发生了一定程度的分化。中国大陆的日本血吸虫发生了不同程度的遗传变异,滇川地区(云南、四川)与长江中下游地区(湖北、湖南、江西、安徽、江苏、浙江)日本血吸虫间遗传分化明显,甚至可能超过大陆株与台湾株之间的差异。我国长江中下游地区的19个日本血吸虫种群遗传多样性丰富,种群间的遗传分化明显但不遵循距离隔离模式。在不同时间对同一地理点所采集的日本血吸虫种群中观察到了遗传分化,这提示不仅要在空间尺度上研究日本血吸虫的种群结构,还要重视时间尺度上的种群结构,这样才能对日本血吸虫的种群结构和种群动态有更为全面的了解,为我国制订血吸虫病防治策略提供更为翔实的理论依据。
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