نشانگرهای هسته ای عمدتا جریان ژن از شمال به جنوب را در ixodes scapularis ، بردار کنه بیماری لایم اسپیروکت نشان می دهد

Ixodes scapularis , the tick vector of the Lyme disease spirochete, is distributed over most of the easte United States, but>80 ٪ از کل موارد بیماری لایم در شمال شرقی رخ می دهد. نقشی که تفاوت های ژنتیکی بین جمعیت کنه شمالی و جنوبی در توضیح این توزیع متفاوت موارد بیماری Lyme بازی نمی کند ، مشخص نیست. مطالعه حاضر با 1،155 نشانگر SNP در هشت ژن هسته ای انجام شد. ژن میتوکندری 16S برای مقایسه با مطالعات قبلی مورد بررسی قرار گرفت. ما 350 من را بررسی کردیم. کتفولیس از 7 ایالت که یک منطقه نماینده از گونه ها را پوشش می دهد. تجزیه و تحلیل جمعیت شناختی با استفاده از تجزیه و تحلیل افق گسترده بیزی نشان می دهد که من. جمعیت Scapularis در می سی سی پی و جورجیا 500،000 سال پیش گسترش یافت ، کسانی که 200،000 سال پیش در فلوریدا و کارولینای شمالی و کسانی که از مریلند و نیوجرسی فقط در طی 50،000 سال گذشته با یک تنگنا همراه بودند. جمعیت ویسکانسین فقط در 20،000 سال گذشته شروع به گسترش کرد. تجزیه و تحلیل الگوهای مهاجرت فعلی نشان می دهد مقادیر زیادی جریان ژن در مجموعه های شمالی و نرخ به همان اندازه زیاد جریان ژن در بین مجموعه های جنوبی. در مقابل ، جریان ژن محدود و یک طرفه بین مجموعه های شمالی و جنوبی وجود دارد که بیشتر از شمال به جمعیت جنوبی رخ می دهد. جمعیت شمالی با پوره هایی مشخص می شود که در بالای بستر برگ تلاش می کنند ، با پرچم گذاری به راحتی جمع آوری می شوند ، که اغلب از پستانداران مانند جوندگان و شرورها تغذیه می کنند ، معمولاً به افراد متصل می شوند و حدود 25 ٪ از آنها به B آلوده می شوند. burgdorferi. اگر مبنای ژنتیکی برای این رفتارها وجود داشته باشد ، الگوهای شناسایی شده در این مطالعه نگران کننده است زیرا آنها نشان می دهند که شمال من است. جمعیت scapularis با توانایی بیشتر در بردار b. Burgdorferi به انسان در حال گسترش جنوب است.

استناد: Van Zee J ، Piesman JF ، Hojgaard A ، Black IV WC (2015) نشانگرهای هسته ای جریان عمدتا از شمال به جنوب را در Ixodes scapularis ، بردار کنه مارپیچ بیماری لایم نشان می دهد. PLOS ONE 10 (11): E0139630. https://doi.org/10. 1371/joual. pone. 0139630

سردبیر: برایان استیونسون ، کالج پزشکی دانشگاه کنتاکی ، ایالات متحده

دریافت: 11 ژوئن 2015 ؛پذیرفته شده: 14 سپتامبر 2015 ؛منتشر شده: 4 نوامبر 2015

این یک مقاله دسترسی آزاد است ، عاری از همه حق چاپ ، و ممکن است آزادانه بازتولید ، توزیع ، انتقال ، اصلاح شده ، ساخته شده ، ساخته شده یا در غیر این صورت توسط هر کسی برای هر منظور قانونی استفاده شود. این کار تحت فداکاری دامنه عمومی Creative Commons CC0 در دسترس است

در دسترس بودن داده ها: کلیه پرونده های دنباله از طریق مخازن آنلاین در دسترس هستند. شماره الحاق در جدول 1 گنجانده شده است.

بودجه: این کار از نظر مالی توسط انجمن آمریکایی میکروبیولوژی پس از برنامه کمک هزینه تحصیلی و مراکز کنترل و پیشگیری از بیماری ها پشتیبانی می شود. سرمایه گذاران هیچ نقشی در طراحی مطالعه ، جمع آوری داده ها و تجزیه و تحلیل ، تصمیم به انتشار یا تهیه نسخه خطی نداشتند.

منافع رقابتی: نویسندگان اعلام کرده اند که هیچ منافع رقابتی وجود ندارد.

معرفی

کنه با پا سیاه ، ixodes scapularis بردار اصلی Borrelia burgdorferi ، باکتری است که باعث بیماری لایم می شود ، شایع ترین بیماری ناشی از بردار در ایالات متحده است. بیش از 30،000 مورد جدید سالانه گزارش شده است ، و احتمالاً ده برابر تعداد موارد در واقع رخ می دهد [1]. کنه با پا سیاه همچنین عوامل بیماری زا را که باعث ایجاد آناپلاسموز گرانولوسیتیک انسان می شوند ، منتقل می کند [2] ، آنسفالیت پاواسون [3] و بابسیوز انسانی [4]. کنه های ixodes scapularis توزیع گسترده ای در سراسر آمریکای شمالی شرقی دارند و جمعیت در امتداد ساحل آتلانتیک از فلوریدا تا نوا اسکوشیا و از ساحل اقیانوس اطلس تا 100 نصف النهار یافت می شود [5]. اما خطر انتقال اسپیروچت بیماری لایم در این محدوده یکنواخت نیست. موارد بیماری Lyme در شمال شرقی ایالات متحده (از مریلند تا ماین) و در میانه غربی (مینه سوتا ویسکانسین) متمرکز شده است ، اما در جنوب شرقی ایالات متحده نادر یا غایب است [6 ، 7]. جالب اینجاست که رفتار مرحله پوره من. scapularis بین جمعیت شمالی و جنوبی به طرز چشمگیری متفاوت است [8]. در ایالات متحده شمالی ، پوره اول. تلاش Scapularis در بالای بستر برگ ، با پرچم گذاری به راحتی قابل جمع آوری است ، که اغلب از پستانداران مانند جوندگان تغذیه می شود ، معمولاً به افراد متصل می شوند و حدود 25 ٪ از پوره های Questing به B آلوده می شوند. burgdorferi. در جنوب ، پوره من. جمع آوری با پرچم گذاری ، به ندرت به جوندگان یا افراد ، به نظر می رسد که در خزندگان نسبت به پستانداران متداول تر است ، و ب. عفونت بورگدورفری در کنه های جستجوی بسیار نادر است [9]. به همین ترتیب ، بیماری لایم در شمال ایالات متحده بسیار شایع تر از ایالات متحده آمریکا است [10].

این تفاوتهای مورفولوژیکی اضافی برای طبقه بندی کنه های شمالی و جنوبی به عنوان گونه های مجزا ، من در نظر گرفته شد. دمینی و من. به ترتیب ، به ترتیب [11]. با این حال مطالعات بعدی نتوانستند هیچ مانع تولید مثل یا تنوع کروموزومی و من را مشاهده کنند. دامینی به مترادف جوان من کاهش یافت. scapularis [12]. تفاوت های ژنتیکی گسسته در سطح پروتئین و DNA مشاهده شد ، اما برای تبعیض شمال از کنه های جنوبی کافی نبود [11-13]. مطالعات بعدی مورد تجزیه و تحلیل ژن میتوکندری 16S rRNA [12-17] قرار گرفت و حضور دو کلاد مجزا را نشان داد ، یکی که در سراسر قاره ایالات متحده ، معروف به "کلاد A" [16] یا "همه کلاد آمریکایی" و دیگری گسترش یافته است [14] و دیگریکلاد به طور انحصاری در مناطق جنوبی ، معروف به "کلاد B" [16] یا "کلاد جنوبی" یافت می شود.< Pan> این تفاوت های مورفولوژیکی اضافی برای طبقه بندی کنه های شمالی و جنوبی به عنوان گونه های مجزا ، من در نظر گرفته شد. دمینی و من. به ترتیب ، به ترتیب [11]. با این حال مطالعات بعدی نتوانستند هیچ مانع تولید مثل یا تنوع کروموزومی و من را مشاهده کنند. دامینی به مترادف جوان من کاهش یافت. scapularis [12]. تفاوت های ژنتیکی گسسته در سطح پروتئین و DNA مشاهده شد ، اما برای تبعیض شمال از کنه های جنوبی کافی نبود [11-13]. مطالعات بعدی مورد تجزیه و تحلیل ژن میتوکندری 16S rRNA [12-17] قرار گرفت و حضور دو کلاد مجزا را نشان داد ، یکی که در سراسر قاره ایالات متحده ، معروف به "کلاد A" [16] یا "همه کلاد آمریکایی" و دیگری گسترش یافته است [14] و دیگریکلاد به طور انحصاری در مناطق جنوبی ، معروف به "کلاد B" [16] یا "کلاد جنوبی" یافت می شود. برای طبقه بندی کنه های شمالی و جنوبی به عنوان گونه های مجزا کافی در نظر گرفته می شود ، من. دمینی و من. به ترتیب ، به ترتیب [11]. با این حال مطالعات بعدی نتوانستند هیچ مانع تولید مثل یا تنوع کروموزومی و من را مشاهده کنند. دامینی به مترادف جوان من کاهش یافت. scapularis [12]. تفاوت های ژنتیکی گسسته در سطح پروتئین و DNA مشاهده شد ، اما برای تبعیض شمال از کنه های جنوبی کافی نبود [11-13]. مطالعات بعدی مورد تجزیه و تحلیل ژن میتوکندری 16S rRNA [12-17] قرار گرفت و حضور دو کلاد مجزا را نشان داد ، یکی که در سراسر قاره ایالات متحده ، معروف به "کلاد A" [16] یا "همه کلاد آمریکایی" و دیگری گسترش یافته است [14] و دیگریکلاد به طور انحصاری در مناطق جنوبی ، معروف به "کلاد B" [16] یا "کلاد جنوبی" یافت می شود.

الگوی مهاجرت من. کنه های کتف در چندین مطالعه دیگر مورد بررسی قرار گرفته است. برخی از آنها در مناطق خاص مانند مناطق ویرجینیا [18] و نیویورک [19] تمرکز می کنند ، در حالی که برخی دیگر تصمیم گرفته اند به ژن های خاص ، به ویژه ژن میتوکندری 16S [20 ، 21] برای الگوهای مهاجرت امضا نگاه کنند. در بررسی 30 سال گذشته مطالعات ژنتیکی جمعیت کنه [22] ، ساختار پرورش من. کنه های Scapularis به عنوان بسیار ساختار یافته در میزبان های بسیار موبایل توصیف شده است [12 ، 14 ، 16 ، 21 ، 23 ، 24]. اخیراً ژنهای هسته ای را در i تقویت و توالی کردیم. scapularis با استفاده از اطلاعات توالی از پروژه ژنوم (https://www. vectorbase.org/organisms/ixodes-scapularis) برای طراحی آغازگر [17] و ارزیابی چگالی پلی مورفیسم تک نوکلئوتیدی (SNP). ما از هر 4 مجموعه از هر 4 مجموعه از نیوجرسی ، ویرجینیا ، جورجیا و می سی سی پی استفاده کردیم و توالی 9 ژن هسته ای و ژن میتوکندری 16S را مورد تجزیه و تحلیل قرار دادیم. SNP ها بسیار فراوان بودند (1 پایه SNP /14). تجزیه و تحلیل ژنتیکی جمعیت بسیار اولیه بر اساس فرکانس 372 SNP در این 9 ژن نشان داد که کنه ها در سه گروه ژنتیکی قرار می گیرند. مجموعه های شمالی از نیوجرسی و ویرجینیا یک گروه همگن با تنوع ژنتیکی کم تشکیل دادند ، در حالی که کنه های جمع آوری شده از جورجیا و می سی سی پی دو گروه تشکیل دادند که هر کدام دارای تنوع ژنتیکی بالایی بودند. همچنین خاطرنشان شد که به نظر می رسد کنه های شمالی در حال مهاجرت در جنوب هستند اما شواهد کمی برای جریان ژن در جهت معکوس وجود دارد. اخیراً ، سیتوکروم اکسیداز I (COI) میتوکندری (COI) و 16 ژن و سه ژن هسته ای (Serpin2 ، Ixoderin B و Lysozyme) از میدان جمع آوری شده شمال و جنوبی I توالی شدند. scapularis [25]. این مطالعه همچنین واگرایی در توالی ژن میتوکندری از برخی نمونه های جنوبی را تشخیص داد. تجزیه و تحلیل فیلوژنتیک و تجزیه و تحلیل واریانس مولکولی (AMOVA) [26] از تفاوت های معنی داری بین جمعیت های شمالی در مقابل جنوب پشتیبانی می کند.

ما شیفته الگوهای نشان داده شده توسط این مطالعات نشانگر هسته ای [17، 25] بودیم، زیرا اگر یک مبنای ژنتیکی برای رفتارهای پورگی وجود داشته باشد که بین جمعیت های شمالی و جنوبی متفاوت است، شمال I . جمعیت های scapularis با توانایی بیشتری برای ناقل B. به نظر می رسد burgdorferi برای انسان در حال گسترش به سمت جنوب است. برای ارزیابی این احتمال، ما در اینجا مطالعه ای را توصیف می کنیم که حجم نمونه به پنجاه کنه/مجموعه افزایش یافته است و تعداد حالت های نمونه گیری شده به هفت افزایش یافته است تا منطقه نماینده تری از توزیع I را پوشش دهد. کتف . اندازه نمونه های بزرگتر به ما اجازه می دهد تا یک تجزیه و تحلیل جمعیت شناختی را با استفاده از نمودارهای خط افق توسعه یافته بیزی [27] برای ارزیابی تاریخچه تکامل I انجام دهیم. scapularis در ایالات متحده و ما را قادر به انجام یک تجزیه و تحلیل غیرتعادلی از جریان ژن [28] کرد. سه گروه ژنتیکی زمانی که همه ژن های هسته ای با هم آنالیز شدند، بازیابی شدند. تجزیه و تحلیل نرخ ها و الگوهای مهاجرت، الگویی از جریان ژنی بسیار محدود را بین جمعیت های شمالی و جنوبی نشان داد که اکثریت مهاجرت از جمعیت های شمالی به جنوب رخ می دهد.

مواد و روش ها

سایت های مجموعه به شیوه ای فرصت طلبانه در سراسر محدوده طبیعی I انتخاب شدند. کتف . کنه ها از نیوجرسی، ویسکانسین و کارولینای شمالی در سال 2009 با کشیدن ورقه های پارچه روی پوشش گیاهی ("پرچم گذاری") جمع آوری شدند. پرچم گذاری همچنین در سال 2011 برای جمع آوری از مریلند و در سال 2012 از می سی سی پی و فلوریدا استفاده شد. کنه های مجموعه 2012 جورجیا از گوزن های مرده در ایستگاه بازرسی شکارچی جدا شدند. حداقل 50 کنه در هر یک از هفت مجموعه مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. برای ویرجینیا، نیوجرسی و می سی سی پی تنها 40 کنه جمع آوری شد، زیرا 10 کنه قبلاً در مطالعه دیگری استفاده شده بود [17]. هیچ مجوز خاصی برای این مکان ها/فعالیت ها مورد نیاز نیست، همه کنه ها توسط همکاران در اموال عمومی جمع آوری شده اند و شامل استفاده از میزبان های مهره داران زنده نمی شوند.

مناطقی که در آنها جمع آوری شده است در شکل 1 ترسیم شده است. برای این مطالعه و مطابق با تمام مطالعات ژنتیکی جمعیت قبلی این گونه [12-17] نیوجرسی، مریلند و ویسکانسین شمالی در نظر گرفته می شوند در حالی که کارولینای شمالی، جورجیا، می سی سی پی و فلوریداجنوبی