Genomics reveals heterogeneous Plasmodium falciparum transmission and selection signals in Zambia

doi:10.1038/s43856-024-00498-8

.2024年4月6日；4(1):67.

doi:10.1038/s43856-024-00498-8。

基因组学揭示了赞比亚恶性疟原虫的异质性传播和选择信号

附属公司

¹美国印第安纳州西拉斐特普渡大学生物科学系。
²美国罗得岛州普罗维登斯布朗大学病理学和实验医学系。
^三美国印第安纳州西拉斐特普渡大学生物信息学核心。
⁴PATH-MACEPA，赞比亚卢萨卡国家疟疾消除中心。
⁵约翰·霍普金斯疟疾研究所、美国马里兰州巴尔的摩市约翰·霍普金森彭博公共卫生学院分子微生物学和免疫学系W.Harry Feinstone。
⁶美国马里兰州巴尔的摩约翰霍普金斯彭博公共卫生学院流行病学系。
⁷赞比亚卢萨卡PATH。
⁸美国印第安纳州西拉斐特普渡大学生物科学系。gcarpi@purdue.edu。
⁹约翰·霍普金斯疟疾研究所、美国马里兰州巴尔的摩市约翰·霍普金森彭博公共卫生学院分子微生物学和免疫学系W.Harry Feinstone。gcarpi@purdue.edu。
¹⁰美国印第安纳州西拉斐特普渡大学普渡炎症、免疫学和传染病研究所。gcarpi@purdue.edu。

^#贡献均等。

PMID： 38582941
预防性维修识别码： PMC10998850型
内政部： 10.1038/s43856-024-00498-8

基因组学揭示了赞比亚恶性疟原虫的异质性传播和选择信号

阿贝·阿福拉等。 Commun Med（伦敦）. 2024.

.2024年4月6日；4(1):67.

doi:10.1038/s43856-024-00498-8。

附属公司

¹美国印第安纳州西拉斐特普渡大学生物科学系。
²美国佛罗里达州普罗维登斯布朗大学病理学和实验医学系。
^三美国印第安纳州西拉斐特普渡大学生物信息学核心。
⁴PATH-MACEPA，赞比亚卢萨卡国家疟疾消除中心。
⁵美国马里兰州巴尔的摩市约翰斯·霍普金斯彭博公共卫生学院分子微生物学和免疫学系，约翰·霍普金斯疟疾研究所。
⁶美国马里兰州巴尔的摩约翰霍普金斯彭博公共卫生学院流行病学系。
⁷赞比亚卢萨卡PATH。
⁸美国印第安纳州西拉斐特普渡大学生物科学系。gcarpi@purdue.edu。
⁹约翰·霍普金斯疟疾研究所、美国马里兰州巴尔的摩市约翰·霍普金森彭博公共卫生学院分子微生物学和免疫学系W.Harry Feinstone。gcarpi@purdue.edu。
¹⁰美国印第安纳州西拉斐特普渡大学普渡炎症、免疫学和传染病研究所。gcarpi@purdue.edu。

^#贡献均等。

PMID： 38582941
预防性维修识别码： PMC10998850型
内政部： 10.1038/s43856-024-00498-8

摘要

背景：基因组监测对于监测疟疾传播和了解寄生虫对干预措施的适应至关重要。赞比亚之前在非洲国家疟疾基因组监测方面缺乏全国性的努力。

方法：我们对赞比亚2018年疟疾指标调查中的恶性疟原虫寄生虫进行了基因组监测，这是一项针对五岁以下儿童的全国代表性家庭调查。我们对来自赞比亚不同疟疾传播水平地区的241个恶性疟原虫基因组进行了全基因组测序和分析，并估计了有关传播强度、寄生虫之间的遗传相关性和选择的遗传度量。

结果：我们提供了广泛存在的宿主内多基因感染的基因组证据，无论其流行病学特征如何，突出了赞比亚广泛且持续的地方性疟疾传播。我们的分析揭示了赞比亚和邻近地区的国家级寄生虫聚集，在西非有明显的分离。在赞比亚，通过血统鉴别（IBD）相关性分析发现了本地空间聚类和远距离共享密切相关寄生虫对的罕见案例。具有大的共有IBD片段和强阳性选择特征的基因组区域暗示与磺胺多辛-嘧啶和青蒿素联合疗法耐药相关的基因，但没有与氯喹耐药相关的特征。此外，在赞比亚东部和西部寄生虫种群之间观察到包括耐药性位点在内的选择特征的差异，这表明传播强度和持续的药物压力是可变的。

结论：我们的发现增强了我们对赞比亚全国恶性疟原虫传播的了解，建立了分析寄生虫遗传指标随时间和空间变化的基线。这些见解凸显了加强疟疾控制项目和抗疟药物耐药性监测的紧迫性。

简明扼要的语言总结

疟疾是由一种通过蚊子叮咬传播给人类的寄生虫引起的。它是撒哈拉以南非洲五岁以下儿童死亡的主要原因。分析疟原虫的全套DNA（其基因组）可以帮助我们了解疾病的传播，以及这种变化如何应对不同的疾病控制策略。我们分析了赞比亚各地儿童疟疾寄生虫的基因组。我们的研究表明，77%的儿童携带多种寄生虫菌株，这表明当地传播（同一地区内的人之间传播）很高。远距离传播的遗传证据更为罕见。此外，我们的研究结果表明，疟原虫正在对抗疟药物产生反应。我们的研究增强了我们对赞比亚疟疾动态的了解，并可能有助于制定改进监测和控制的战略。

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利益冲突声明

作者声明没有相互竞争的利益。

数字

**图1。238的空间分布 *恶性疟原虫*基因组、多基因组感染和寄生虫在赞比亚的流行情况。**
A类)热图显示了赞比亚儿童多基因感染的空间异质性。灰度热图显示多基因感染流行率（范围：60-87.5%）。彩色点表示聚类级别的样本采集点，其中圆圈大小与每个聚类成功测序的样本数量成比例。共包括来自赞比亚67个集群的238个样本。B类)基于F类_WS公司各省每个样本的统计数据。中间线表示F类_WS公司胡须代表四分位范围，圆点代表单个全基因组测序样品，颜色对应样品的地理来源。C）PET-PCR之间的关系*恶性疟原虫*集群水平上多基因感染的流行率和比率。彩色点表示省级聚类，点的大小反映样本大小。回归线周围的灰色阴影区域是95%置信区间。样本少于3个的聚类被排除在相关性分析之外。

**图2。*恶性疟原虫*赞比亚人口结构和分化。**
A类)238的主成分分析 *恶性疟原虫*赞比亚七个省的寄生虫。颜色表示地理来源，圆点表示单个寄生虫。B类)238的贝叶斯聚类结构分析 *恶性疟原虫*寄生虫。显示了K的个体祖先系数 = 2、3和4，每个垂直条代表一个寄生虫和每个寄生虫种群所在省份的隶属系数（Q）。

**图3。人口结构*恶性疟原虫*赞比亚边境国家和西非的寄生虫种群。**
A类)本研究中包含的寄生虫种群地图。B类)使用主成分分析（PCA）分离西非和东非寄生虫样本。前两个主要成分来自1001个基因组范围内30532个双等位基因SNP *恶性疟原虫*显示了6个国家的基因组（分别解释了数据集中1.3%和0.9%的方差）。每个点都是按其地理来源着色的示例。C）前两个主要成分由667个基因组的30320个双等位基因SNP计算得出 *恶性疟原虫*仅显示了赞比亚和邻国的基因组（分别解释了数据集中0.8%和0.8%的差异）。

**图4。关系网络和模式*恶性疟原虫*赞比亚各地的寄生虫连通性。**
A类)相关网络*恶性疟原虫*在赞比亚，具有不同比例的同一性（5-100%）的基因组对。每个节点识别一个唯一的样本，如果两个样本的基因组等于或超过5%的同一性（IBD）共享阈值，则在两个样本之间画出一条边。颜色表示省级样品的地理来源，对应于B类.B类)共用IBD的寄生虫的空间分布和相关性 ≥ 集群级别为5%。IBD样本对 ≥ 同一簇内的5%由一个黑色圆圈表示，圆圈的半径表示此类对的数量。集群之间的连接线表示远程共享IBD。

**图5。正面选择签名*恶性疟原虫*赞比亚的基因组。**
各省积极选择签名(A类)，跨越东部省份(B类)和西部省份(C类). 每个点代表一个SNP，颜色识别每个染色体。虚线水平线代表5%的基因组显著性阈值(对 < 10⁻⁵（即-log₁₀（p） >5））。结果中讨论的选定基因显示在每个区域的右侧，除了*pfdhdr公司*和*pfdhps公司*（以灰色显示），靠近所选区域/轨迹(A类).pfclag3.2型=细胞粘附相关无性蛋白3.2，*pfdhfr公司*=二氢叶酸还原酶，*pfpk4型*=真核翻译起始因子2-α激酶，*pfdhps公司*=羟甲基二氢蝶呤焦磷酸激酶二氢蝶酸合成酶，*pfdblmsp2型*=粗粒结合样裂殖子表面蛋白2，*pflsa1型*=肝脏阶段蛋白1，*pf11-1型*=配子体特异蛋白，*pfgch1型* = GTP环水解酶I基因。

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基因组学揭示了异质性恶性疟原虫赞比亚及其邻国的传播和人口分化。
Fola AA、He Q、Xie S、Thimmapuram J、Bhide KP、Dorman J、Ciubotariu II、Mwenda MC、Mambwe B、Mulube C、Hawela M、Norris DE、Moss WJ、Bridges DJ、Carpi G。 Fola AA等人。 medRxiv[预打印]。2024年2月11日2024.02.09.24302570。doi:10.1101/2024.02.09.24302570。医学研究。2024 PMID：38370674 免费PMC文章。已更新。预打印。

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Fola AA、Moser KA、Aydimer O、Hennelly C、Kobayashi T、Shields T、Hamapumbu H、Musonda M、Katowa B、Matoba J、Stevenson JC、Norris DE、Thuma PE、Wesolowski A、Moss WJ、Bailey JA、Juliano JJ；南部、中部非洲国际疟疾研究卓越中心（ICEMR）。 Fola AA等人。 Malar J.2023年7月7日；22(1):208. doi:10.1186/s12936-023-04637-9。 Malar J.2023年。 PMID：37420265 免费PMC文章。
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[3] Neafsey DE、Taylor AR、MacInnis BL.疟疾人群基因组学的进展和机遇。Nat.Rev.基因。2021;22:502–517. doi:10.1038/s41576-021-00349-5。-内政部-项目管理咨询公司-公共医学

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