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血吸虫病是一种严重危害人类健康的寄生虫疾病,主要流行于热带和亚热带的76个国家及地区,我国流行的是日本血吸虫病。2009年,日本血吸虫和曼氏血吸虫基因组草图公布,为实现世界范围控制和消除血吸虫病的战略目标提供了前所未有的生物信息资源和平台。本研究依据最新公布的日本血吸虫基因组序列信息构建寡核苷酸芯片,并将其应用于虫卵、尾蚴、肝期童虫和成虫四个发育阶段的基因表达谱解析研究,为从分子水平揭示血吸虫生长发育机制、致病机理以及血吸虫与宿主相互作用机理奠定基础,为寻找新的抗血吸虫病药物标靶及疫苗候选分子提供思路;同时,应用该芯片比较分析了我国血吸虫病主要传染源宿主.水牛体内成虫与日本血吸虫病研究常用实验动物.新西兰大白兔、BALB/c小鼠以及C57BL/6小鼠体内成虫基因表达谱差异,为血吸虫病动物模型研究成果转化应用于家畜血吸虫病的预防治疗提供理论依据。所取得的研究结果如下:
1.日本血吸虫寡核苷酸芯片构建及可靠性分析
本研究首次利用最新公布的日本血吸虫基因组序列构建了目前为止包含日本血吸虫基因信息量最大的寡核苷酸芯片。对14组血吸虫样本各进行三次生物学重复杂交实验,并对其中的5组血吸虫样本进行了两次技术重复杂交实验。芯片杂交实验结果显示,实验各项质控指标正常;五组样本两次技术重复结果高度一致,芯片杂交结果技术重复性良好;生物学重复样本杂交结果聚类分析显示,样本的三次生物学重复杂交结果被聚类到各自样本组,芯片杂交结果生物学重复性良好:寡核苷酸芯片结果和qPCR验证结果一致性良好。本研究构建的日本血吸虫寡核苷酸芯片所得数据可靠,结果稳定。
2.寡核苷酸芯片在日本血吸虫转录组学研究中的应用
应用本研究新构建的寡核苷酸芯片分析了日本血吸虫虫卵、尾蚴、肝期童虫、成虫及四种不同宿主体内成虫共14组样本的基因表达谱,共筛选出1123个潜在的看家基因。生物信息学分析结果显示,多个基因被定位到了维持细胞基本生命活动所必须的生物大分子及通路上,例如:核糖体、剪接体、蛋白酶体、氧化磷酸化途径等。首次对日本血吸虫不同发育阶段基因相对表达定量qPCR分析使用的内参基因稳定性进行了系统的评价分析,筛选出PSMD4、NDUFV2和TCP2L三个基因可作为日本血吸虫四个发育阶段基因相对表达定量qPCR分析的可靠内参基因。
共发现3160个基因在血吸虫四个发育阶段存在显著差异表达(p<0.05),基因表达谱聚类分析结果显示,这些差异表达基因主要分成五类:虫卵阶段高表达基因、尾蚴阶段高表达基因、成虫阶段高表达基因、虫卵和尾蚴(宿主体外环境)两个阶段高表达基因、童虫和成虫(宿主体内环境)两个阶段高表达基因:共发现雌雄成虫之间显著差异表达基因653个(p<0.05),其中雌虫上调表达基因322个,雄虫上调表达基因331个。对差异表达基因的生物信息学分析发现,这些基因可能与血吸虫生长发育及繁殖、寄生虫与宿主之间相互作用关系密切,其功能有待于进一步研究。
本研究首次对日本血吸虫基因组预测的全部蛋白酶进行了表达谱分析整理,共发现249个蛋白酶基因在日本血吸虫四个发育阶段存在转录水平表达,发现了多组可能与血吸虫营养代谢、免疫逃避及致病机理密切相关的蛋白酶基因。本研究丰富了日本血吸虫全基因组蛋白酶基因表达谱信息资源,有助于筛选关键蛋白酶进行功能研究。
来源于水牛体内成虫与来源于三种实验动物体内成虫的基因组表达谱基本一致,仅有少数基因存在差异表达。本研究首次从转录组水平证实了利用实验动物模型研究血吸虫病的可行性。
综上所述,本研究首次根据最新公布的日本血吸虫基因组序列信息构建了寡核苷酸芯片,并将其应用于日本血吸虫转录组学研究,发现了日本血吸虫多个具有深入研究价值的差异表达基因。本文的研究结果为从分子水平探讨血吸虫发育生物学、致病机理及血吸虫与宿主相互作用机理奠定了重要基础,为进一步分离、鉴定血吸虫基因组中关键功能基因,挖掘新的抗血吸虫病药物标靶及疫苗候选分子开拓了途径,为血吸虫病动物模型研究成果向家畜血吸虫病的预防治疗转化应用提供了理论依据。