基因组学揭示利什曼原虫(Viannia)亚属的遗传多样性、物种分化与毒力进化机制

本研究针对利什曼病防治中寄生虫遗传多样性认知不足的问题，通过大规模基因组测序（包括65例哥伦比亚临床分离株和10个染色体级基因组组装），系统解析了Leishmania(Viannia)亚属的种群结构、物种界限争议和毒力相关基因家族（如amastin）的拷贝数变异。研究发现该亚属存在快速生态适应特征，挑战了传统物种划分标准，并为流行病学监测提供了百万级SNP标记库，发表于《Communications Biology》。

　　

在热带地区肆虐的利什曼病，每年导致近百万人感染，其病原体利什曼原虫(Viannia)亚属的遗传复杂性长期困扰着防治工作。临床表现为皮肤溃烂、黏膜损伤甚至致命的内脏感染，而现有疫苗缺失、药物疗效不稳定的困境，与寄生虫快速适应不同生态系统的特性密切相关。更棘手的是，传统分类学对L.(V.) panamensis和L.(V.) guyanensis等物种的界定存在争议，且多拷贝毒力基因家族（如amastin）的变异模式因短读长测序技术的局限难以准确解析。

由哥伦比亚洛斯安第斯大学Jorge Duitama团队领衔的研究，通过整合205株利什曼原虫（含65株新测序临床分离株）的全基因组数据和10株代表性菌株的纳米孔长读长测序，绘制了迄今最全面的Viannia亚属基因组图谱。这项发表于《Communications Biology》的研究，不仅揭示了种群地理隔离导致的遗传分化，更发现染色体20上amastin基因家族的惊人扩张（达291个拷贝），为理解宿主-寄生虫互作提供了新视角。

关键技术方法包括：Illumina全基因组测序（350bp插入片段，100bp读长）用于SNP检测；纳米孔长读长测序（N50 12Kbp）完成染色体级组装；NGSEP软件进行变异检测和群体结构分析；Companion工具结合双参考基因组（L.(V.) braziliensis M2904和L.(V.) panamensis L13）进行基因注释；MEME识别amastin蛋白保守域。

【基因组多样性分布】通过673,944个高质量SNP构建的最大似然树显示，L.(V.) braziliensis与L.(V.) peruviana形成并系群，而L.(V.) panamensis和L.(V.) guyanensis未形成单系群。UN0005等5株传统分类的L.(V.) guyanensis实际与L.(V.) panamensis聚簇，暗示现行分类标准需修订。

【群体遗传结构】基于等位基因频率的Admixture分析发现：L.(V.) braziliensis在哥伦比亚安第斯山脉与奥里诺科-亚马逊流域形成两个独立群体（F_st
=0.178）；L.(V.) panamensis则分化为巴拿马株(Lpan1)和哥伦比亚三个地理株系(Lpan2-4)。值得注意的是，LL0725等杂交株在108,131个物种特异性SNP位点呈现40%以上杂合度。

【基因组结构特征】十株菌株的染色体级组装（平均34Mbp）揭示：1）染色体20/34融合事件保守存在；2）与参考基因组相比，新组装解析出20%更多基因（达10,242个），主要源于多拷贝基因家族；3）核心基因组仅占60%（6,635个直系同源群），反映功能基因的弹性进化。

【amastin基因家族进化】δ亚家族在染色体20上形成超大规模串联重复（100+拷贝），其近缘旁系同源基因的Ks值（0.44）显著高于远缘基因（0.09-0.17），提示局部扩增事件。MEME分析确认所有亚家族均含4个跨膜域和11-aa特征序列，但染色体8/16/27/35的单拷贝基因缺失该特征。

这项研究通过创新性地结合群体基因组学与长读长组装技术，解决了三大核心问题：首先，证实哥伦比亚境内的L.(V.) braziliensis存在与生态系统相关的遗传分化，为传播动力学研究提供分子基础；其次，基因组证据质疑L.(V.) peruviana的独立物种地位，并揭示L.(V.) guyanensis可能包含隐存种；最后，发现amastin等毒力基因家族的拷贝数变异具有物种特异性，其规模远超既往认知。这些发现不仅为开发特异性诊断标记（如基于物种固定SNP的qPCR）奠定基础，更提示基因剂量效应可能在临床表型差异中起关键作用。未来研究需扩大样本至动物宿主和媒介，以完整解析利什曼原虫的生态适应全貌。