顶复门寄生虫艾美耳球虫染色体水平基因组组装与功能注释研究揭示抗球虫药物与疫苗开发新靶点

本研究针对顶复门寄生虫艾美耳球虫（Eimeria acervulina）引起的禽类球虫病，采用牛津纳米孔测序（ONT）、Illumina短读长和Hi-C（Omni-C）技术完成染色体水平基因组组装（52 Mb/15条染色体），预测7,621个基因并鉴定4,647个Pfam功能域。研究揭示了阶段特异性转录调控网络和43个转录因子（如MYB、AP2），为抗球虫药物耐药性标记筛选和重组疫苗设计提供分子基础，对保障全球食品安全具有重要意义。

　　

研究背景与意义
禽类球虫病每年给全球家禽业造成超过140亿美元的经济损失，其中艾美耳球虫（Eimeria acervulina）是主要病原体之一。这类顶复门寄生虫（Apicomplexa）通过侵袭肠道上皮组织引发坏死性肠炎，且对现有抗球虫药物耐药性日益严重。更棘手的是，艾美耳球虫与人类寄生虫环孢子虫（Cyclospora）具有高度相似性，但后者研究模型匮乏。尽管2014年发布的Houghton株基因组（45.6 Mb/3,415 scaffolds）为研究奠定基础，其碎片化组装严重限制了染色体结构变异分析和功能基因挖掘。

研究设计与技术方法
美国农业部农业研究服务局（USDA ARS）团队采用多组学整合策略：从马里兰州商业鸡场分离APU1株孢子化卵囊，通过纳米孔长读长（ONT，120X）、Illumina短读长（250X）和Hi-C（Omni-C，30X）数据构建杂交组装。使用MaSuRCA进行初始组装后，HiRise完成染色体支架，最终获得15条染色体（52 Mb，BUSCO完整性99%）。基因预测结合BRAKER3、GeneMark-ETP和AUGUSTUS流程，并通过24小时孢子化阶段转录组（50M reads）验证。

主要研究结果

1. 基因组特征
   染色体水平组装较Houghton株增加12%基因组长度（6 Mb）和11%基因数量（7,621个），其中1,729个为新发现基因。线粒体（6,306 bp）和顶质体（34,175 bp）基因组通过MitoHiFi独立组装验证。

2. 功能注释
   60.97%基因（4,647个）具有Pfam功能域，25.74%注释到GO条目。COG分析显示30.12%基因参与翻译（J类）、信号转导（T类）等通路。与Houghton株比较发现5,892个保守基因，提示核心功能模块稳定性。

3. 转录调控网络
   鉴定43个转录因子（TF），包括调控发育关键期的MYB和ApiAP2家族成员。通过动物TFDB数据库比对，发现21个与秀丽隐杆线虫（C. elegans）同源的TF，如含HMG_box结构域的sox-3同源基因（g3794.t1）。

4. 阶段特异性表达
   孢子化24小时转录组揭示9,761个转录本，其中56%（5,468个）为BRAKER3未预测的新转录本。这些转录本编码3,000个潜在功能蛋白，31.64%可归类至COG功能系统，显著富集于能量代谢（C类）和细胞周期（D类）通路。

结论与展望
该研究首次实现艾美耳球虫染色体水平基因组组装，突破性发现包括：①定位药物靶点候选区域（如SNF2-rel_dom家族TF）；②揭示孢子化阶段特异性表达模块；③建立与环孢子虫研究的跨物种模型。基因组数据已公开（NCBI PRJNA913161），为开发基于CRISPR/Cas9的基因编辑疫苗和克服耐药性提供路线图。未来可通过比较基因组学解析艾美耳球虫与E. tenella等近缘种的染色体重排机制，推动抗寄生虫药物创新。