Кровь - Хайнань Молния Фаст Ко., Лтд.

Биология связи, том 6, Номер статьи: 517 (2023) Цитировать эту статью

563 доступа

7 Альтметрика

Подробности о метриках

Dermanyssus Gallinae — кровососущий клещ, паразитирующий на диких и сельскохозяйственных птицах. Удивительно быстрая переработка крови, а также способность питаться кровью на большинстве стадий развития делают этого клеща очень изнурительным вредителем. Чтобы выявить специфические адаптации к перевариванию богатой гемоглобином диеты, мы сконструировали и сравнили транскриптомы голодающих и питающихся кровью стадий паразита и идентифицировали транскрипты, обогащенные средней кишкой. Мы отметили, что транскрипты средней кишки, кодирующие цистеиновые протеазы, активируются при приеме крови. Картируя полный протеолитический аппарат, мы отметили сокращение набора цистеиновых протеаз и отсутствие гомологов катепсина B и C. Далее мы идентифицировали и филогенетически проанализировали три различных транскрипта, кодирующих вителлогенины, которые способствуют репродуктивной способности клещей. Мы также полностью картировали транскрипты биосинтеза гема и основанную на ферритине систему хранения и межтканевого транспорта железа. Кроме того, мы идентифицировали транскрипты, кодирующие белки, участвующие в передаче иммунных сигналов (пути Toll и IMD) и активности (дефенсины и тиоэфирсодержащие белки), RNAi и ионном каналировании (с мишенями для коммерческих акарицидов, таких как флураланер, фипронил и ивермектин). Вирусные последовательности были отфильтрованы из ридов Illumina, и мы частично описали РНК-виром D. Gallinae с идентификацией нового вируса, Quaranjavirus 1 красного клеща.

Клещи Dermanyssus являются кровососущими эктопаразитами птиц1. Красный птичий клещ (D. Gallinae) является глобальным вредителем птичников-несушек как для домашнего, так и для коммерческого производства яиц2,3,4, являясь частью важного и постоянно растущего мирового рынка5. Клещи D. Gallinae имеют очень короткий жизненный цикл: переход от ювенильной стадии к зрелой взрослой стадии происходит за одну неделю. Необходимость питания кровью на большинстве стадий развития и быстрая репродуктивная динамика делают D. Gallinae очень раздражающим и доставляющим беспокойство вредителем. Во время кровопитания клещи D. Gallinae могут передавать своим хозяевам несколько важных патогенов животных6, в том числе некоторые из них, которые являются зоонозными7. Хотя было обнаружено большое количество вирусов и бактерий, связанных с D. Gallinae, его способность действовать в качестве переносчика или резервуара была подтверждена экспериментально только для нескольких патогенов8,9,10. Это особенно тревожно в связи с передачей Salmonella spp.10, вызывающей сальмонеллез, связанный с яйцами, и брюшной тиф птиц11, а также распространение вируса птичьего гриппа А12. D. Gallinae также была связана с несколькими другими видами бактерий и вирусов, и ожидается экспериментальное подтверждение ее векторной способности2,10,13,14.

Несмотря на общие знания о глобальном влиянии заражения клещами на благополучие кур при яйцекладке, наше понимание молекулярных процессов, обеспечивающих быстрое и повторяющееся кровоснабжение, переваривание крови, развитие и размножение, остается скудным. Предыдущие транскриптомные исследования описали транскриптомы целых тел клещей D. Gallinae, в основном в зависимости от стадии развития или статуса питания15,16,17,18. Чтобы еще больше расширить наши знания, мы стремились идентифицировать специфичные для средней кишки транскрипты, кодирующие белки, которые имеют ключевое значение для успешного кровоснабжения и пищеварения. Чтобы добиться этого, мы сравнили недавно секвенированные и собранные транскриптомы с последующим отбором транскриптов, обогащенных у питающихся кровью клещей по сравнению с не питающимися, с четкой экспрессией, специфичной для кишечника. Особое внимание было уделено процессам, присущим успешным кровососущим, включая ферментативное переваривание белков крови хозяина, биологию гема и железа, вителлогенез и врожденный иммунитет. Данные секвенирования РНК затем были проверены с помощью RT-qPCR на наборах кДНК, полученных из множества независимых биологических повторов. Кроме того, мы дополнили анализ данных RNA-seq несколькими биологическими анализами, в ходе которых клещам вводили низкомолекулярные ингибиторы путем мембранного питания ex vivo или микроинъекций в его гемоцель, чтобы понять важность выбранных молекул и путей. Кроме того, риды Illumina вирусного происхождения отфильтровывали и использовали для частичной сборки вирома РНК клеща.

54 M reads with Phred Scores of Q30 ≥ 93.90% were obtained, and these were assembled into 85,117 contigs (Supplementary Table S1). Following their annotation, bacterial contaminants were removed (Supplementary Table S2). As D. gallinae mites were fed chicken blood, consisting of nucleated white and red cells, 4% of total reads were of chicken origin, out of which (79%) were found, as expected, in the midgut transcriptome (Supplementary Fig. S1). The identified chicken sequences were filtered out and excluded from the following analyses. A total of 18,101 D. gallinae-specific contigs were deposited at the NCBI server as BioProject PRJNA597301 and Transcriptome Shotgun Assembly (TSA) GIFZ00000000 and are accessible through NCBI BLAST of the TSA database. The contigs are also listed in a hyper-linked Excel sheet (see "Data availability") with available encoded predicted protein characteristics, annotations of assembled contigs according to a particular database, differential expression statistics, and predicted cellular processes. To assess the completeness of the transcriptome, we ran a BUSCO analysis of the proteome, the result of which exhibited a yield of 91.8% complete BUSCOs. The heat map generated from D. gallinae-specific contigs clearly indicated differences between transcriptomes of immature and adult stages and also highlighted differences in the abundance of transcripts in blood-fed over unfed mites (Supplementary Fig. S1)./p>16× FPKM values over unfed protonymphs and with transcripts of FPKM ≥ 1 in midguts. b The bar graph shows protein classes encoded by individual transcripts enriched by blood-feeding. Transcripts were sorted according to encoded protein class. The number of transcripts from each subclass and their FPKM values are shown. c The table shows top differentially expressed transcripts (DET) enriched, >16× FPKM values, in transcriptomes of blood-fed protonymphs (FP) over transcriptomes of unfed protonymphs (UP). Individual accession IDs are available in Supplementary Table S3. c’ RT-qPCR validation of DETs identified by RNA-seq data shown in panel (c). Data were obtained from cDNA sets synthesised from three independent RNA isolates of unfed and blood-fed mites (n = 3) and normalised to elongation factor 1 (ef1α). Means and SEMs are shown. d The table shows DETs enriched in transcriptomes of midguts over transcriptomes of whole bodies, with filters applied: Eval < e−60, coverage ≥ 90%, FPKMAdults ≥ 2. Individual accession IDs are available in Supplementary Table S4. d’ RT-qPCR validation of DETs identified by RNA-seq data shown in panel (d). Data were obtained from cDNA sets synthesised from at least four independent RNA isolates of adult females and micro-dissected midguts of adult females (n ≥ 4) and normalised to ef1α. Means and SEMs are shown. t-Test analyses: *p = 0.05–0.01; **p = 0.01–0.001; ***p = 0.0008; ****p < 0.0001; n.s. not significant. For the source data behind the graphs, see Supplementary Data S1./p>

16× FPKM values in the transcriptome of adults over transcriptomes of both mite juvenile stages, protonymphs and deutonymphs; and E-value < e−80; protein IDs are available as Supplementary Table S7. b’ RT-qPCR validation of DETs identified by RNA-seq data shown in panel (b). Data were obtained from cDNA sets synthesised from three independent RNA isolates of adult and juvenile mites (n = 3) and normalised to elongation factor 1 (ef1α). Means and SEMs are shown. For the source data behind the graph, see Supplementary Data S1. FP fed protonymphs, FD fed deutonymphs. c Maximum likelihood phylogeny of 94 arthropod vitellogenin amino acid sequences showing the positioning of three D. gallinae vitellogenin homologues within the Vg1 and Vg2 lineages. Crustacean vitellogenins were used as an outgroup. Nodal supports at the main nodes are represented by maximum likelihood bootstrap values and Bayesian inference posterior probabilities, respectively. For simplification, the homologues from non-parasitiform taxa were collapsed into triangles; numbers inside the triangle indicate the number of sequences included in each clade. For GenBank accession numbers, see Supplementary Table S8./p>

16 fold over its FPKM values in the transcriptome of FP, and at the same time, in the transcriptome of fed deutonymphs (see "Data availability"). In order to list transcripts enriched in the transcriptome of fed over UP, only transcripts with clear annotations (E-value < e−100), coverage > 10%, and FPKM in FP > 5 were considered. The transcripts were then listed according to the highest fed/unfed ratios./p>