全基因组视角揭示土耳其与德国蓖麻硬蜱种群遗传多样性差异及其对疾病传播能力的潜在影响

本研究针对欧洲重要病媒生物蓖麻硬蜱（Ixodes ricinus）在蜱传脑炎（TBE）非流行区土耳其与流行区德国之间的遗传分化机制展开全基因组分析。研究人员通过对4个土耳其地理种群15个个体的全基因组测序，结合德国和阿尔及利亚的公共基因组数据，采用PCA、ADMIXTURE等分析方法，鉴定出37个高度分化的基因组区域，包含与解毒代谢、化学感应等向量能力相关的基因。研究发现土耳其种群表现出更高的遗传混合度和异质性，GO富集分析显示类胡萝卜素和萜烯代谢通路显著富集，为理解蜱虫地域适应性进化及疾病传播差异提供了重要分子依据。

　　

在欧洲的森林和草原中，一种微小却威力巨大的生物——蓖麻硬蜱（Ixodes ricinus）正悄然影响着人类健康。作为莱姆病、蜱传脑炎（TBE）和无形体病等重要疾病的主要传播媒介，这种蜱虫的分布范围覆盖整个欧洲大陆。但令人困惑的是，尽管土耳其北部地区存在蓖麻硬蜱的广泛分布，该地区却很少报道莱姆病病例，更是完全没有蜱传脑炎病毒的流行。这种流行病学上的差异是否与蜱虫本身的遗传特征有关？不同地理种群的蓖麻硬蜱是否存在基因组水平的差异，进而影响其传播病原体的能力？

为了解答这些问题，来自土耳其Hacettepe大学和Ko?大学的研究团队开展了一项深入的基因组学研究，成果发表在《Scientific Reports》上。研究人员对土耳其四个地理种群（基尔克拉雷利、阿达帕扎勒、卡斯塔莫努和奥尔杜）的15只蓖麻硬蜱进行了全基因组测序，并与来自德国（TBE流行区）和阿尔及利亚的公开基因组数据进行比较分析。

研究采用了多项关键技术方法：使用Illumina NovaSeq 6000平台进行全基因组测序（2×150 bp，平均覆盖度10X）；利用BWA-MEM算法将 reads 比对到蓖麻硬蜱参考基因组；使用ANGSD进行基因型似然估计和高置信度变异位点筛选；通过PCAone进行主成分分析；采用NGSadmix进行祖先成分推断；基于PLINK进行纯合性片段（ROH）分析；通过计算Theta Pi（π）评估核苷酸多样性；使用clusterProfiler进行基因本体（GO）富集分析。样本来自土耳其北部四个地理种群的野外采集标本。

遗传结构和祖先成分分析

主成分分析（PCA）结果显示，前两个主成分分别解释了总遗传变异的13.3%和6.29%。PC1明显将阿尔及利亚种群（被归类为Ixodes inopinatus）与土耳其和德国样本分开，而PC2则清晰区分了土耳其种群和德国种群，表明两者之间存在显著的遗传分化。

ADMIXTURE分析表明，假设三个祖先种群（K=3）的模型最能解释样本的遗传结构。德国种群显示出高度的遗传同质性，而土耳其种群则表现出更多的异质性和混合祖先成分。其中基尔克拉雷利和卡斯塔莫努种群显示出较高水平的混合，而阿达帕扎勒种群在K=3和K=4时都显示单一祖先成分。

纯合性片段分析

所有土耳其蓖麻硬蜱种群中均未检测到超过500 kb的纯合性片段（ROH），表明这些种群具有极高的杂合度水平，反映了大的有效种群规模、高基因流水平和频繁的宿主介导扩散。

遗传多样性分析

全基因组平均核苷酸多样性（Theta Pi）在14个主要支架上通常为0.03-0.04/位点，其中支架12 consistently表现出较低的多样性（0.018-0.020/位点）。土耳其种群与德国种群之间的平均核苷酸多样性差异较小（约0.004）但具有统计显著性，且土耳其种群的核苷酸多样性普遍高于德国种群。

最显著的差异出现在支架4上，土耳其种群在该区域的核苷酸多样性显著高于德国参考种群。

通过单样本t检验，研究人员在14个主要支架上鉴定出61个非重叠的异常窗口，这些窗口大小在25-50 kb之间，在支架1、4、6和13上尤为富集。许多这些异常区域作为连续窗口出现在更大的基因组区间内，表明存在扩展的单倍型或基因组块。

基因组分化区域和功能富集分析

61个显示土耳其和德国种群高度分化的基因组窗口与50 kb窗口内的37个邻近基因相关。在支架1上，一个相邻基因簇（IricT00000373至IricT00000376）被注释为编码类胡萝卜素加氧酶（InterPro: IPR004294），这是一类可能参与氧化代谢和解毒过程的酶。另一个值得关注的基因IricT00001060与细胞形态发生和发育调控相关的GO术语相关。此外，相邻基因IricT00001480和IricT00001481都编码神经递质门控离子通道，位于分化基因组区域，注释与离子转运和跨膜信号传导相关。

基因本体富集分析揭示了四个显著富集的生物过程术语：类胡萝卜素代谢过程、萜烯代谢过程、碳氢化合物代谢过程和类异戊二烯分解代谢过程（FDR<0.2，p<0.05）。

研究结论与意义

这项研究首次提供了土耳其蓖麻硬蜱种群的全基因组数据，扩展了这一重要病媒物种基因组资源的地理和流行病学范围。通过比较来自TBE流行区（德国）和非流行区（土耳其）的种群，研究结果有助于在不同生态背景下更广泛地理解蜱虫种群结构和遗传多样性。

研究发现土耳其和德国蓖麻硬蜱种群之间存在显著的遗传分化，土耳其种群表现出更高的遗传多样性和混合程度。研究人员鉴定出37个高度分化的基因组区域，这些区域包含与解毒代谢、脂质代谢和化学感应功能相关的基因，这些功能与向量能力（vectorial capacity）相关。功能富集分析显示类胡萝卜素和萜烯代谢通路显著富集，表明这些代谢途径可能在蜱虫的地域适应性中发挥重要作用。

这些发现为了解蓖麻硬蜱的种群分化、局部适应性和潜在疾病传播差异提供了重要的基因组学基础。研究结果强调，不同地理种群的蓖麻硬蜱可能由于基因组差异而具有不同的生态互动和向量相关特征，这可能是土耳其虽然存在蓖麻硬蜱但TBE发病率低的重要原因之一。

该研究建立的基因组数据集为加强地方和区域范围的蜱虫监测提供了基础。全基因组数据有助于检测种群结构变化，监测特定谱系的传播，当与病原体和共生体谱整合时，可以支持蜱传疾病出现或扩张的早期预警系统。此外，研究结果强调了将基因组学方法与生态学和流行病学数据相结合的重要性，以全面了解病媒传播疾病的复杂动态。