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ネコノミゲノムの染色体レベルでのアセンブリーにより、遺伝子の重複とゲノムサイズの可塑性が明らかになった
A chromosome-level assembly of the cat flea genome uncovers rampant gene duplication and genome size plasticity.
PMID: 32560686 PMCID: PMC7305587. DOI: 10.1186/s12915-020-00802-7.
抄録
背景:
ノミ（昆虫目：Siphonaptera）は鳥類や哺乳類に寄生する小型の飛べない寄生虫であり、その血を吸うことで多くの重篤な病原体（ブボニックペスト、風土病、マウスチフスの病因菌）を媒介する。ノミのゲノムアッセンブリーの欠如は研究の妨げとなっており、特に他の疾患ベクターとの比較研究は困難であった。そこで我々は、世界的に人間の健康と獣医学的に重要な昆虫であるネコノミ、Ctenocephalides felisのゲノム配列を決定した。
BACKGROUND: Fleas (Insecta: Siphonaptera) are small flightless parasites of birds and mammals; their blood-feeding can transmit many serious pathogens (i.e., the etiological agents of bubonic plague, endemic and murine typhus). The lack of flea genome assemblies has hindered research, especially comparisons to other disease vectors. Accordingly, we sequenced the genome of the cat flea, Ctenocephalides felis, an insect with substantial human health and veterinary importance across the globe.
結果:
複数の近親交配メスノミから得られたDNAをIlluminaとPacBioでシークエンシングし、Hi-Cスキャフォールディング技術を組み合わせることで、C. felisの染色体レベルのゲノムアセンブリを作成した。その結果、予想外にも、ゲノム全体で遺伝子の重複が広範囲に見られることが判明した。異なる個体群で採取された個々のノミのゲノムサイズの決定範囲が広い（433-551Mb）ことは、C. felisのコピー数変動（CNV）が広く存在していることを裏付けている。同様に、Xenopsylla cheopis (Oriental rat flea)の個体についても広いゲノムサイズが計算され、この驚くべき「ゲノムインフラックス」現象がサイフォナプテルン全体の形質である可能性を示唆している。最後に、C. felisのシーケンスリードから、我々はまた、個々のノミに共感染することが判明した寄生性と共生性の2つの新しいWolbachiaの株のクローズドゲノムを生成した。
RESULTS: By combining Illumina and PacBio sequencing of DNA derived from multiple inbred female fleas with Hi-C scaffolding techniques, we generated a chromosome-level genome assembly for C. felis. Unexpectedly, our assembly revealed extensive gene duplication across the entire genome, exemplified by ~ 38% of protein-coding genes with two or more copies and over 4000 tRNA genes. A broad range of genome size determinations (433-551 Mb) for individual fleas sampled across different populations supports the widespread presence of fluctuating copy number variation (CNV) in C. felis. Similarly, broad genome sizes were also calculated for individuals of Xenopsylla cheopis (Oriental rat flea), indicating that this remarkable "genome-in-flux" phenomenon could be a siphonapteran-wide trait. Finally, from the C. felis sequence reads, we also generated closed genomes for two novel strains of Wolbachia, one parasitic and one symbiotic, found to co-infect individual fleas.
結論:
C. felisにおけるCNVの蔓延は、遺伝子標的の害虫駆除対策に重大な意味を持ち、比較トランスクリプトミクス解析に用いられる標準的な正規化手順を複雑にすることになる。病原体の伝達をブロックするための潜在的なツールである新しい Wolbachia エンドシンビオンによる共感染と相まって、これらの奇妙な現象は、ユニークで過小評価されている病気のベクターを強調しています。
CONCLUSION: Rampant CNV in C. felis has dire implications for gene-targeting pest control measures and stands to complicate standard normalization procedures utilized in comparative transcriptomics analysis. Coupled with co-infection by novel Wolbachia endosymbionts-potential tools for blocking pathogen transmission-these oddities highlight a unique and underappreciated disease vector.