基于基因组极化分析同步发生的家鼠寄生虫杂交带比较基因组研究：肺孢子虫（Pneumocystis murina）与管状线虫（Syphacia obvelata）的协同进化模式与适应性渐渗机制

《Molecular Ecology》：Comparative Genomic Analysis of Co-Occurring Hybrid Zones of House Mouse Parasites Pneumocystis murina and Syphacia obvelata Using Genome Polarisation

本文推荐研究者运用基因组极化（genome polarisation）技术，首次在全基因组尺度对家鼠杂交带（HMHZ）中两种寄生虫——肺孢子虫（P. murina）和管状线虫（S. obvelata）——的杂交渐渗模式展开系统性比较。研究不仅证实宿主与寄生虫在杂交带结构上高度一致，还揭示出寄生虫基因组存在明显偏向性渐渗（从pMUS向pDOM方向），并发现与能量代谢（ATPase）、糖代谢等相关的功能基因集显著富集于渐渗区域。该成果为理解宿主-寄生虫协同进化、杂交带维持机制及病原体适应性进化提供了重要基因组学证据。

　　

1 引言

杂交是物种形成与适应性进化中的重要机制，约10%–30%的物种存在杂交现象。宿主二次接触形成的杂交带（HZ）为研究协同进化提供了“天然实验室”。本研究以欧洲家鼠杂交带（HMHZ）为模型，聚焦其两种专性寄生虫：肺孢子虫（Pneumocystis murina，一种肺部真菌）和管状线虫（Syphacia obvelata，一种肠道蛲虫），利用基因组极化（diem）方法在全基因组尺度探究寄生虫的杂交与渐渗模式。

2 材料与方法

2.1 研究生物

肺孢子虫为单倍体真菌，基因组大小约7.5 Mb，含17条染色体；管状线虫为蛔虫目 nematode，雌虫二倍体（8条染色体）、雄虫单倍体（4条染色体）。样本来自先前研究的宿主杂交带个体，涵盖东西两大亚种（M. m. musculus 与 M. m. domesticus）及其杂交个体。

2.2 实验室流程

通过全基因组扩增（WGA）、Illumina测序（HiSeq4000/X）及宿主DNA去除（MolYsis试剂盒）获取寄生虫基因组数据。肺孢子虫样本20个，管状线虫样本97个（含79雌虫、18雄虫），经质量过滤、拼接和注释后用于后续分析。

2.3 基因组比对与组装

使用SPAdes进行de novo组装，Bowtie2/bwa mem进行读段比对，通过BlobTools去除细菌污染。肺孢子虫核基因组参考序列基于实验室小鼠来源，管状线虫参考基因组为首次组装（总长124.6 Mb，预测基因9846个）。

2.4 基因组极化分析

采用diem算法对全基因组单核苷酸变异（SNV）进行极化分析，将每个SNV分类为：屏障（barr）、渐渗（int）或过度合并（ovm）区域。计算杂交指数（HI_R与HI_F），并通过IrisPlot、DeFinetti图等可视化基因组嵌合模式。

2.5 地理结构与线粒体系统发育

通过线粒体基因组（mitogenome）比对与MrBayes建树分析谱系分化，计算p-distance评估遗传分歧。

2.6 功能基因组分析

基于功能基因集（如ATP酶、组蛋白、有性生殖相关基因等）进行富集分析，评估渐渗区域与屏障区域的基因功能偏好。

3 结果

3.1 基因组极化揭示杂交模式

肺孢子虫鉴定15,654个SNV，31.6%为渐渗位点，49%为屏障位点；管状线虫鉴定149,361个SNV，38.2%为渐渗，55.2%为屏障。两者均显示偏向性渐渗：肺孢子虫中82.4%渐渗来自pMUS→pDOM，管状线虫中57.5%为sMUS→sDOM。

3.2 混合感染与多代回交

肺孢子虫中发现5例混合感染（如SK1855、SU1579），其基因组呈现“单倍型+渐渗块”模式；管状线虫中鉴定出一组中心杂交群（如SK2694-107），基因组呈现精细嵌合模式，提示多代回交历史。

3.3 地理与宿主杂交指数高度一致

寄生虫HI与宿主HI显著相关（肺孢子虫Spearman r=0.85，管状线虫r=0.97），且肺孢子虫杂交中心西移，与先前研究一致。

3.4 线粒体分歧低于宿主

寄生虫线粒体p-distance显著低于宿主（肺孢子虫：0.711% vs 宿主2.31%），支持其基因组在纯化选择下演化速率减缓。

3.5 功能基因集富集分析

ATP酶与糖代谢基因在渐渗区域显著富集，提示适应性优势；组蛋白与有性生殖相关基因（如Ste激酶）多位于屏障区域，可能贡献生殖隔离。

4 讨论

4.1 参考基因组局限性

肺孢子虫染色体末端（含多拷贝MSG基因家族）存在广泛过度合并（ovm），反映拷贝数变异对参考基因组比对的挑战。

4.2 寄生虫杂交的进化意义

基因组极化证实寄生虫杂交带与宿主一致，且存在显著偏向性渐渗。混合感染与多代回交个体的发现提示杂交可能产生新型重组基因型，具有适应性潜力。

4.3 功能基因渐渗与屏障

能量代谢基因的渐渗富集可能反映局部适应；组蛋白与有性信号基因的屏障作用则可能维持遗传隔离。

5 结论与展望

本研究通过基因组极化技术揭示了宿主与寄生虫在杂交带中的协同进化模式，证实杂交模型在宿主与寄生虫中均适用。未来需通过端粒到端粒（telomere-to-telomere）参考基因组解决复制区域分析难题，并进一步评估杂交对病原体传播与毒力的影响。