蝙蝠源巴尔通体新种的基因组特征揭示系统发育多样性及宿主适应性

《PLOS Pathogens》：Genomic characterization of eight novel Bartonella species from bats and ectoparasites reveals phylogenetic diversity and host adaptation

本研究通过二代和三代测序技术对从蝙蝠及其外寄生虫中分离的8种新型巴尔通体进行全基因组测序，结合系统发育分析和比较基因组学，揭示了其独特的宿主适应性机制（如IV型分泌系统T4SS和himD基因正向选择），为理解人兽共患病风险提供了重要依据。

　　

Abstract

蝙蝠被认为是多种巴尔通体（Bartonella）的天然宿主，而巴尔通体是已知的人类病原体。本研究从中国湖北省崇明县采集的两种蝙蝠（Myotis laniger和M. adversus）及其外寄生虫（蝙蝠蝇和蝙蝠螨）中分离出26株巴尔通体菌株，分属8个新物种。通过二代和三代测序获得全基因组数据，基因组大小范围为1.39-1.98 Mb，GC含量为35.30%-38.92%。系统发育分析表明，这些蝙蝠源巴尔通体与已知巴尔通体物种显著不同，平均核苷酸一致性（ANI）均低于95%，证实为新物种。比较基因组学分析突出了蝙蝠源巴尔通体在细胞运动、复制、重组及细胞壁/膜/被膜生物合成方面的独特特征，表明其具有特殊的宿主适应性。值得注意的是，菌株B23和B39的毒力因子基因与已知病原体Bartonella henselae和Bartonella quintana高度相似，提示其可能对人类和动物具有致病性。本研究显著拓宽了巴尔通体属的多样性，并为蝙蝠源巴尔通体的宿主特异性和进化关系提供了新见解。

Introduction

巴尔通体属（Bartonella）是一类革兰氏阴性兼性细胞内细菌，可感染内皮细胞和红细胞。目前该属包含59个确认物种和17个暂定物种，其中多种与人类疾病相关，如Bartonella bacilliformis（卡里翁病）、B. henselae（猫抓病）和B. quintana（战壕热）。蝙蝠（翼手目）是新发传染病的重要储存宿主，全球范围内已在蝙蝠及其外寄生虫中鉴定出多种巴尔通体物种。然而，由于全基因组数据的缺乏，对蝙蝠源巴尔通体的认识仍有限。本研究旨在通过分离蝙蝠源巴尔通体并获取其全基因组序列，进行系统发育和比较基因组学分析，以揭示其遗传多样性、毒力决定因子及宿主适应性进化机制。

Materials and Methods

蝙蝠采样于中国湖北省崇明县，通过雾网捕获并采集脾脏及外寄生虫（蝙蝠蝇和蝙蝠螨）。样本经研磨后接种哥伦比亚血琼脂平板，在37°C、5% CO₂条件下培养一个月，疑似菌落通过16S rRNA、gltA、rpoB和ftsZ基因测序鉴定。基因组DNA通过二代（MGI DNBSEQ-T7）和三代（PacBio Sequel II）测序平台测序，使用Spades进行组装，并通过BUSCO和CheckM评估完整性。系统发育树基于545个单拷贝直系同源基因构建，使用IQ-TREE和最大似然法。平均核苷酸一致性（ANI）和DNA-DNA杂交（DDH）值分别以95%和70%作为物种界定阈值。功能注释通过EggNOG-mapper完成，毒力因子注释基于VFDB数据库，泛基因组分析使用Roary。正向选择分析通过HyPhy的aBSREL模型进行，单核苷酸多态性（SNP）分析使用Bowtie2和FreeBayes。

Results

从28只蝙蝠（Myotis laniger和M. adversus）和49份外寄生虫样本中分离出26株巴尔通体，经多位点基因（16S rRNA、gltA、rpoB、ftsZ）系统发育分析鉴定为8个新物种，暂命名为Bartonella sp. B10、B12、B17、B23、B30、B35、B39和B41。全基因组测序显示基因组大小1.39-1.98 Mb，GC含量35.30%-38.92%，组装完整性94.0%-100%。全基因组系统发育分析表明，这些菌株形成多个独立分支，其中B10、B35和B41聚为一支，B17和B30聚为另一支，B23和B39与L4进化枝（含B. machadoe和B. vinsonii）相邻。ANI（79.76%-91.15%）和dDDH（21.8%-29.5%）值均低于物种界定阈值，证实为新物种。

功能注释显示，蝙蝠源巴尔通体的核心功能类别包括翻译（J）、能量代谢（C）和转录（K）。与病原体B. bacilliformis相比，蝙蝠源菌株在细胞运动（N）类别基因比例显著较低。菌株B39的转录（K）类别基因比例高于其他菌株。所有菌株均携带IV型分泌系统（T4SS）和VirB/D4基因簇，其中B23和B39的毒力因子分布与B. henselae和B. quintana高度相似。

正向选择分析在核心基因中鉴定出平均74个正向选择基因（ω >1），其中B30的himD基因（编码整合宿主因子IHFβ亚基）存在非同义SNP位点（第25位异亮氨酸→缬氨酸，第35位苏氨酸→异亮氨酸），并检测到正向选择信号。菌株B30仅从蝙蝠蝇Penicillidia monoceros中分离，而B17同时从蝙蝠和外寄生虫中检出，提示宿主特异性适应。

Discussion

本研究通过全基因组数据揭示了蝙蝠源巴尔通体的系统发育多样性和宿主适应性机制。菌株B23和B39携带完整T4SS基因簇，其毒力特征与已知病原体相似，提示潜在人兽共患病风险。菌株B30的himD基因突变可能与其在蝙蝠外寄生虫中的特异性适应相关，整合宿主因子（IHF）在细菌毒力基因调控中起关键作用。比较基因组学分析突出了蝙蝠源巴尔通体在细胞运动、复制和细胞壁生物合成方面的独特特征，反映了其与宿主协同进化的适应性策略。未来需进一步研究遗传变异对毒力及宿主特异性的功能影响。

Conclusions

本研究鉴定出8种蝙蝠源巴尔通体新种，其系统发育位置、毒力基因谱和功能基因组特征揭示了该属的未知多样性。菌株B23和B39的T4SS基因完整性和B30的himD基因适应性突变为理解巴尔通体的进化与致病机制提供了重要线索，强调了持续监测蝙蝠源病原体的必要性。