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为解决肠道共生原虫缺乏高质量参考基因组以开展遗传多样性和比较基因组研究的问题，研究人员对小鼠肠道共生原虫微小三毛滴虫（Tritrichomonas musculus）进行全基因组测序和分析。结果得到 193.49 Mbp 的高质量基因组，注释 46,131 个基因。该研究为研究其生物学特性等提供重要资源。
在哺乳动物的肠道里，生活着各种各样的微生物，它们与宿主相互作用，共同维持着肠道的稳态。其中，肠道共生原虫虽然个头微小，却在肠道微环境中扮演着重要角色。它们能够重塑肠道细菌群落，调节黏膜免疫反应，对宿主的健康有着深远影响。然而，目前对于这些共生原虫的了解还十分有限，尤其是缺乏高质量的参考基因组，这使得遗传多样性和比较基因组研究难以深入开展。
为了填补这一知识空白，美国国立卫生研究院（NIAID）的实验室寄生虫病部门、生物信息学和计算生物学分支，以及加拿大相关研究机构的研究人员携手合作，将目光聚焦于小鼠肠道中常见的共生原虫 —— 微小三毛滴虫（Tritrichomonas musculus）。他们深入探究微小三毛滴虫的基因组奥秘，旨在揭示其生物学特性、生命周期传播机制、致病机制，以及在肠道生态系统中的独特作用。最终，研究人员成功组装出微小三毛滴虫的高质量参考基因组，这一成果发表在《Scientific Data》上，为该领域的研究开辟了新的方向，具有重要的科学意义。
在本次研究中，研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：首先是样本纯化技术，利用 Percoll 梯度离心和流式细胞术从实验室小鼠盲肠内容物中纯化出微小三毛滴虫；其次是测序技术，综合运用 Illumina 短读长测序、PacBio 和 Oxford Nanopore（ONT）长读长测序技术对基因组进行测序；最后通过生物信息学分析方法，如使用 canu、LongStitch、racon 等软件进行基因组组装，利用 funannotate 进行基因注释和功能预测，借助 BUSCO 评估基因组完整性 。
下面让我们深入了解一下具体的研究结果：
- 样本收集与测序：研究人员从实验室小鼠盲肠内容物中，成功分离出 EAF2021 菌株的微小三毛滴虫滋养体。利用专门的试剂盒，提取出用于长读长测序的高分子量基因组 DNA（gDNA），以及用于后续分析的 RNA。随后，分别构建 DNA 和 RNA 测序文库，并运用 PacBio、ONT 和 Illumina 平台进行测序。最终获得了大量的原始数据，为后续的分析奠定了坚实基础。
- 基因组组装：以 PacBio HiFi 读长数据为基础，研究人员运用 canu 软件进行基因组组装。接着，利用 ONT 大于 10kb 的读长数据，通过 LongStitch 软件对组装结果进行校正和支架构建，之后再用 racon 软件基于 PacBio 读长数据进行打磨。经过一系列严谨的操作，成功组装出长度为 193.49 Mbp 的基因组，该基因组由 756 个重叠群组成，N50 达到 3,579,227bp 。
- 基因和功能预测：借助 funannotate 软件，研究人员对基因组进行了全面注释。在这个过程中，去除了重复的序列，识别出大量的基因。结果显示，微小三毛滴虫基因组中基因覆盖比例为 36.60%，共注释出 46,131 个基因，其中包括 44,152 个蛋白质编码基因和 1,979 个非蛋白质编码基因。同时，还发现了许多具有特定功能的 RNA 基因。此外，通过多种软件预测基因功能，并利用 BUSCO 评估基因组完整性，发现虽然该基因组捕获了 100% 预期的毛滴虫基因，但在真核生物数据库中，仅 53% 的基因能匹配上。
- 倍性分析：运用 GenomeScope 2.0 和 Smudgeplot 软件，基于 Illumina Hi-Seq 读长数据进行倍性分析。GenomeScope 分析结果表明微小三毛滴虫为单倍体，而 Smudgeplot 分析则更倾向于认为其为具有高度纯合姐妹染色单体的二倍体，这一差异为后续研究提出了新的思考方向。
- 比较功能基因组分析：研究人员将微小三毛滴虫与其他肠道相关的原生动物以及酿酒酵母进行基因功能比较。通过比较预测的 Pfam 结构域，发现微小三毛滴虫中一些结构域的分布和数量具有独特性。例如，其蛋白激酶结构域（PF00069）数量较多，与其他生物相似；而转录起始子 DNA 结合结构域 IBD（PF10416）仅存在于毛滴虫中；BspA - 型富含亮氨酸重复区域（LRR_5 PF13306）在微小三毛滴虫中大量存在，该结构域与宿主细胞外基质相互作用相关。
综上所述，本次研究成功组装出微小三毛滴虫的高质量参考基因组，并对其进行了详细注释和功能分析。这一成果为深入研究微小三毛滴虫的生物学特性、进化历程和遗传多样性提供了重要的基础数据。同时，也有助于揭示其在肠道微生物组重塑和黏膜免疫调节中的作用机制，为进一步理解肠道共生原虫与宿主的相互关系提供了新的视角。在未来的研究中，可以基于这一基因组资源，开发体外培养模型，深入探究其代谢途径和致病机制，为相关疾病的预防和治疗提供潜在的靶点和策略。此外，研究中发现的基因组特征差异，也为比较基因组学研究提供了丰富的素材，有助于深入了解原生动物的进化关系和适应性进化机制。
