利用宏转录组学(Metatranscriptomics)解析意大利蜱类中的病毒组多样性及新病毒发现

时间:2026年6月18日
来源:Discover Viruses

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摘要:蜱类是多种动物宿主的外寄生虫,也是多种公共卫生关注病毒的主要媒介。然而,尽管意大利多个地区已知存在蜱传病毒感染,该国蜱类病毒组的全基因组尺度特征仍属空白。为填补这一知识缺口,研究人员对采集自意大利南北梯度三个不同地点的22份蜱类转录组进行了测序。研究发现

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摘要:蜱类是多种动物宿主的外寄生虫,也是多种公共卫生关注病毒的主要媒介。然而,尽管意大利多个地区已知存在蜱传病毒感染,该国蜱类病毒组的全基因组尺度特征仍属空白。为填补这一知识缺口,研究人员对采集自意大利南北梯度三个不同地点的22份蜱类转录组进行了测序。研究发现病毒丰富度、流行率和丰度在各样本间存在差异。数据集中北部种群显示出更高比例的具潜在公共卫生意义的病毒;但由于采样设计存在不平衡且分时段采集,该观察结果需谨慎解读。通过宏基因组学与系统发育基因组学相结合,研究人员回收了99条病毒重叠群(contig),组装得到89个未培养病毒基因组(Uncultivated Viral Genomes, UViGs),部分病毒因具分段基因组而由多条contig组成。这89个UViGs对应31个病毒操作分类单元(viral Operational Taxonomic Units, vOTUs),包括10个新推定种(即未分类病毒)及19个首次在意大利报道的种。研究人员展示了包含哈塞基蜱病毒(Haseki tick virus)、正黄病毒科(Orthoflaviviridae)和泛布尼亚病毒科(Phenuiviridae)成员、蜱传脑炎病毒(Tick-borne encephalitis virus, TBEV)及4种不同白蛉病毒(Phlebovirus:Brown dog tick phlebovirus 2、Norway phlebovirus 1、Leuven phlebovirus及Tick phlebovirus)在内的已知或新型潜在人畜共患病毒的更新系统发育关系。上述结果增进了学界对蜱传病毒进化的整体认知,提供了意大利蜱病毒多样性的全面概览,并为未来监测活动的实施提供了信息基础。
论文解读:意大利蜱类宏转录组病毒组学与新蜱传病毒发现研究
本研究由研究人员发表于《Discover Viruses》。蜱媒传播的病毒性疾病在全球呈上升趋势,气候变化、土地利用变化及生物多样性丧失驱动了蜱类分布扩张。目前全球已描述蜱媒病毒逾1400种,但意大利缺乏对蜱类携带RNA病毒组的全基因组尺度系统调查,仅蜱传脑炎病毒(Tick-borne encephalitis virus, TBEV;属正黄病毒属 Orthoflavivirus,黄病毒科 Flaviviridae)在意大利北部有零星监测数据,其他蜱传病毒(如白蛉病毒 Phlebovirus、正妥提病毒 Orthototivirus 等)的本地多样性不明,制约了疾病预警与"同一健康(One Health)"框架下的风险评估。为此,研究人员沿意大利北—中—南纬度梯度采集蜱类,采用宏转录组学(Metatranscriptomics)无偏向性测序手段解析蜱类病毒组构成,旨在发现新病毒、界定病毒地理分布并更新潜在人畜共患蜱媒病毒的系统发育关系。
主要关键技术方法:
研究人员采集意大利特伦蒂诺-上阿迪杰(Trentino-Alto Adige,北)、拉齐奥(Lazio,中)和西西里(Sicily,南)三地5种常见蜱——草原革蜱(Dermacentor marginatus)、嗜群血蜱(Haemaphysalis punctata)、篦子硬蜱(Ixodes ricinus)、羊璃眼蜱(Rhipicephalus bursa)及血红扇头蜱(Rhipicephalus sanguineus sensu lato)——经形态学鉴定后提取总RNA,去除核糖体RNA(Ribosomal RNA depletion)建库,Illumina NovaSeq 6000平台双端150 bp测序。生物信息流程包括接头与低质量读段过滤、硬蜱/扇头蜱近缘种基因组比对去除宿主读段、SortMeRNA去除rRNA、SPAdes与Trinity双重de novo组装、BLASTn/BLASTx比对NCBI RefSeq病毒数据库筛选病毒contig、USEARCH去冗余、基于覆盖深度/广度质控、CheckV与geNomad验证、Prokka与TransDecoder基因注释、遗传距离(全基因组≥80%或RdRp≥90%为已知种,否则为推定新种)与最大似然法(RAxML)系统发育重建、clinker共线性比较及MetaPhlAn-4非病毒微生物谱分析,并以既往PCR检测TBEV结果作独立验证,设index-hopping(标签跳变)<0.1%阈值排除交叉污染。
研究结果:
2.1 Overview of generated metatranscriptomic samples(生成的宏转录组样本概览)
研究人员自意大利用北、中、南三地采集5种蜱共22份样本(单只成虫或若虫池),涵盖不同性别与采集年份。样本经质控后获得超11亿条读段,证实数据量足以支撑后续病毒组恢复与比较。
2.2 Identification of 99 putative viral contigs(99条推定病毒重叠群的鉴定)
经过双重组装与多级过滤,从180条初筛contig中保留99条高质量推定病毒contig,组装为89个未培养病毒基因组(UViGs),归为31个病毒操作分类单元(vOTUs)。TBEV为黄病毒科(Flaviviridae)最主要组分之一,在4份特伦蒂诺篦子硬蜱及1份西西里嗜群血蜱样本检出(后者极低读段判定为index-hopping假阳性)。病毒分属至少13个已知病毒科及未分类病毒;部分科具蜱宿主特异性(如Chuviridae仅见于羊璃眼蜱,Partitiviridae主要为篦子硬蜱),部分(如未分类Cirlivirales及Orthototiviridae)宿主范围广。α多样性分析显示西西里最高、特伦蒂诺次之、拉齐奥最低(区域间差异显著),血红扇头蜱蜱种内病毒α多样性最高,但因采样异质性仅作描述性解读。
2.3 Phylogenetics and genome comparisons reveal known and new viral species(系统发育与基因组比较揭示已知及新病毒种)
依据与最近分类病毒种的遗传距离及RdRp/Rep蛋白系统发育树,31个vOTUs中17个适于建树分析,鉴定出10个推定新病毒种(pnv)与21个已知种(kv)。新种含与Bole tick virus 3近缘的假定地中海株等。部分类群(如Xinjiang tick totivirus 2)提示需划分≥3独立种。Clinker共线性图辅助确认分段基因组病毒(如Phenuiviridae之Brown dog tick phlebovirus 1/2)基因内容与排列。未分类Cirlivirales目广泛存在于12份样本,具典型复制酶(Rep)与衣壳蛋白,结构蛋白折叠比对暂无法归入Circoviridae/Vilyaviridae/Endolinaviridae任一现存科,需更多基因组界定。
2.4 Widespread presence of TBEV in northeastern Italy(TBEV在意东北部广泛存在)
对5条新拼装TBEV全基因组建最大似然树,所有序列聚入欧洲基因型(European subtype)分支,与意大利弗留利及德、芬历史株紧密聚类,证实特伦蒂诺—上阿迪杰为意现存TBEV自然疫源地;西西里样本序列极短且相似度与同期特伦蒂诺阳性样本一致,判为index-hopping污染,不支持西西里存在TBEV自然感染。
2.5 Non-viral microbial profiles reveal the presence of well-known tick symbionts(非病毒微生物谱揭示已知蜱共生菌)
MetaPhlAn分析非病毒非蜱读段检出典型蜱共生微生物:Midichloria mitochondrii 与 Delftia acidovorans 仅见于篦子硬蜱,立克次体属(Rickettsia spp.)仅见于草原革蜱,考克斯体属(Coxiella spp.)仅见于扇头蜱属,符合已知宿主—共生菌特异分布模式。
讨论与结论总结(翻译浓缩):
研究人员通过宏转录组学揭示了意大利蜱类携带的RNA病毒组多样性,组装得到89个UViGs(31个vOTUs),含10个推定新种及19个首次在意记录种,涉及至少13个病毒科。病毒表现出蜱宿主特异性或广宿主性;未分类Cirlivirales目病毒需进一步分类学研究。检出的哈塞基蜱病毒(Haseki tick virus,首次在意报告,宿主为西西里嗜群血蜱)、白蛉病毒属数种及塔城蜱病毒(Tacheng tick virus 5)等具潜在人畜共患意义。TBEV确认分布于特伦蒂诺—上阿迪杰并属欧洲亚型,西西里"检出"判为测序污染。部分植物/真菌病毒contig源于蜱体表环境残留。研究受限于采样年代与地域不均,未进行β多样性推断。综上,本研究拓展了蜱媒病毒分类与基因组资源,确证意蜱为病毒多样库,为蜱传病人畜共患病监测与公共卫生风险评估提供基线数据。

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