Published November 6, 2013
| Version v1
Publication
Open
Comparative transcriptome analysis of geographically distinct virulent and attenuated Babesia bovis strains reveals similar gene expression changes through attenuation
Creators
- 1. Washington State University
- 2. National Agricultural Technology Institute
Description
Loss of virulence is a phenotypic adaptation commonly seen in prokaryotic and eukaryotic pathogens. This mechanism is not well studied, especially in organisms with multiple host and life cycle stages such as Babesia, a tick-transmitted hemoparasite of humans and animals. B. bovis, which infects cattle, has naturally occurring virulent strains that can be reliably attenuated in vivo. Previous studies suggest the virulence loss mechanism may involve post-genomic modification. We investigated the transcriptome profiles of two geographically distinct B. bovis virulent and attenuated strain pairs to better understand virulence loss and to gain insight into pathogen adaptation strategies.Expression microarray and RNA-sequencing approaches were employed to compare transcriptome profiles of two B. bovis strain pairs, with each pair consisting of a virulent parental and its attenuated derivative strain. Differentially regulated transcripts were identified within each strain pair. These included genes encoding for VESA1, SmORFs, undefined membrane and hypothetical proteins. The majority of individual specific gene transcripts differentially regulated within a strain were not shared between the two strains. There was a disproportionately greater number of ves genes upregulated in the virulent parental strains. When compared with their attenuated derivatives, divergently oriented ves genes were included among the upregulated ves genes in the virulent strains, while none of the upregulated ves genes in the attenuated derivatives were oriented head to head. One gene family whose specific members were consistently and significantly upregulated in expression in both attenuated strains was spherical body protein (SBP) 2 encoding gene where SBP2 truncated copies 7, 9 and 11 transcripts were all upregulated.We conclude that ves heterodimer pair upregulation and overall higher frequency of ves gene expressions in the virulent strains is consistent with the involvement of this gene family in virulence. This is logical given the role of VESA1 proteins in cytoadherence of infected cells to endothelial cells. However, upregulation of some ves genes in the attenuated derivatives suggests that the consequence of upregulation is gene-specific. Furthermore, upregulation of the spherical body protein 2 gene family may play a role in the attenuated phenotype. Exactly how these two gene families may contribute to the loss or gain of virulence is discussed.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
فقدان الفوعة هو تكيف نمطي ظاهري شائع في مسببات الأمراض بدائية النواة وحقيقية النواة. لم يتم دراسة هذه الآلية بشكل جيد، خاصة في الكائنات الحية ذات مراحل المضيف ودورة الحياة المتعددة مثل بابيسيا، وهو طفيلي دموي ينتقل عن طريق القراد من البشر والحيوانات. ب. البقر، الذي يصيب الماشية، لديه سلالات خبيثة تحدث بشكل طبيعي والتي يمكن تخفيفها بشكل موثوق في الكائن الحي. تشير الدراسات السابقة إلى أن آلية فقدان الفوعة قد تنطوي على تعديل ما بعد الجينوم. لقد حققنا في ملفات تعريف ترانسكريبتوم لاثنين من أزواج السلالات الخبيثة والمخففة B. البقرية المتميزة جغرافيًا لفهم فقدان الفوعة بشكل أفضل واكتساب نظرة ثاقبة على استراتيجيات التكيف مع مسببات الأمراض. تم استخدام مصفوفة التعبير الدقيقة ونهج تسلسل الحمض النووي الريبي لمقارنة ملفات تعريف الترانسكريبتوم لاثنين من أزواج السلالات B. البقرية، مع كل زوج يتكون من والد خبيث وسلالة مشتقة مخففة. تم تحديد النصوص المنظمة بشكل تفاضلي داخل كل زوج من السلالات. وشملت هذه الجينات ترميز VESA1، وSMORFs، والغشاء غير المحدد والبروتينات الافتراضية. لم يتم مشاركة غالبية النصوص الجينية الفردية المحددة التي يتم تنظيمها بشكل تفاضلي داخل السلالة بين السلالتين. كان هناك عدد أكبر بشكل غير متناسب من جينات الحويصلات التي يتم تنظيمها في السلالات الأبوية الخبيثة. عند مقارنتها بمشتقاتها الموهنة، تم تضمين جينات فيس الموجهة بشكل متباين بين جينات فيس المنتظمة في السلالات الخبيثة، في حين لم يتم توجيه أي من جينات فيس المنتظمة في المشتقات الموهنة وجهاً لوجه. كانت إحدى عائلات الجينات التي تم تنظيم أعضائها المحددين باستمرار وبشكل كبير في التعبير في كل من السلالات الموهنة هي جين ترميز بروتين الجسم الكروي (SBP) 2 حيث تم تنظيم النسخ المقتطعة من SBP2 7 و 9 و 11. نستنتج أن تنظيم زوج فيس غير المتجانسة والتردد الأعلى العام لتعبيرات جينات فيس في السلالات الخبيثة يتوافق مع مشاركة هذه العائلة الجينية في الفوعة. وهذا أمر منطقي بالنظر إلى دور بروتينات VESA1 في الالتصاق الخلوي للخلايا المصابة بالخلايا البطانية. ومع ذلك، فإن زيادة تنظيم بعض جينات فيس في المشتقات الموهنة تشير إلى أن نتيجة زيادة التنظيم خاصة بالجينات. علاوة على ذلك، قد يلعب تنظيم عائلة الجينات الكروية لبروتين الجسم 2 دورًا في النمط الظاهري الموهن. تتم مناقشة بالضبط كيف يمكن أن تساهم هاتان العائلتان الجينيتان في فقدان أو اكتساب الفوعة.Translated Description (French)
La perte de virulence est une adaptation phénotypique couramment observée chez les agents pathogènes procaryotes et eucaryotes. Ce mécanisme n'est pas bien étudié, en particulier chez les organismes à multiples stades de l'hôte et du cycle de vie tels que Babesia, un hémoparasite transmis par les tiques chez l'homme et l'animal. B. bovis, qui infecte les bovins, a des souches virulentes naturelles qui peuvent être atténuées de manière fiable in vivo. Des études antérieures suggèrent que le mécanisme de perte de virulence peut impliquer une modification post-génomique. Nous avons étudié les profils de transcriptome de deux paires de souches virulentes et atténuées de B. bovis géographiquement distinctes afin de mieux comprendre la perte de virulence et de mieux comprendre les stratégies d'adaptation des agents pathogènes. Des approches de microréseau d'expression et de séquençage d'ARN ont été utilisées pour comparer les profils de transcriptome de deux paires de souches de B. bovis, chaque paire étant constituée d'une souche parentale virulente et de sa souche dérivée atténuée. Des transcrits à régulation différentielle ont été identifiés au sein de chaque paire de souches. Ceux-ci comprenaient des gènes codant pour VESA1, SmORF, une membrane indéfinie et des protéines hypothétiques. La majorité des transcrits de gènes spécifiques individuels régulés de manière différentielle au sein d'une souche n'ont pas été partagés entre les deux souches. Il y avait un nombre disproportionnellement plus élevé de gènes ves régulés à la hausse dans les souches parentales virulentes. Par rapport à leurs dérivés atténués, les gènes ves orientés de manière divergente ont été inclus parmi les gènes ves régulés à la hausse dans les souches virulentes, alors qu'aucun des gènes ves régulés à la hausse dans les dérivés atténués n'a été orienté tête à tête. Une famille de gènes dont les membres spécifiques étaient régulés à la hausse de manière cohérente et significative dans l'expression dans les deux souches atténuées était le gène codant pour la protéine du corps sphérique (SBP) 2 où les transcrits SBP2 tronqués des copies 7, 9 et 11 étaient tous régulés à la hausse. Nous concluons que la régulation à la hausse des paires d'hétérodimères ves et la fréquence globale plus élevée des expressions du gène ves dans les souches virulentes sont compatibles avec l'implication de cette famille de gènes dans la virulence. Ceci est logique compte tenu du rôle des protéines VESA1 dans la cytoadhérence des cellules infectées aux cellules endothéliales. Cependant, la régulation à la hausse de certains gènes ves dans les dérivés atténués suggère que la conséquence de la régulation à la hausse est spécifique du gène. De plus, la régulation positive de la famille de gènes de la protéine 2 du corps sphérique peut jouer un rôle dans le phénotype atténué. La façon exacte dont ces deux familles de gènes peuvent contribuer à la perte ou au gain de virulence est discutée.Translated Description (Spanish)
La pérdida de virulencia es una adaptación fenotípica que se observa comúnmente en patógenos procariotas y eucariotas. Este mecanismo no está bien estudiado, especialmente en organismos con múltiples huéspedes y etapas del ciclo de vida como Babesia, un hemoparásito transmitido por garrapatas de humanos y animales. B. bovis, que infecta el ganado, tiene cepas virulentas naturales que se pueden atenuar de forma fiable in vivo. Estudios previos sugieren que el mecanismo de pérdida de virulencia puede implicar una modificación posgenómica. Investigamos los perfiles de transcriptoma de dos pares de cepas virulentas y atenuadas de B. bovis geográficamente distintas para comprender mejor la pérdida de virulencia y obtener información sobre las estrategias de adaptación de patógenos. Se emplearon enfoques de micromatrices de expresión y secuenciación de ARN para comparar los perfiles de transcriptoma de dos pares de cepas de B. bovis, consistiendo cada par en un parental virulento y su cepa derivada atenuada. Se identificaron transcripciones reguladas diferencialmente dentro de cada par de cepas. Estos incluyen genes que codifican VESA1, SmORF, membrana indefinida y proteínas hipotéticas. La mayoría de los transcritos de genes específicos individuales regulados diferencialmente dentro de una cepa no se compartieron entre las dos cepas. Hubo un número desproporcionadamente mayor de genes ves regulados positivamente en las cepas parentales virulentas. En comparación con sus derivados atenuados, los genes ves orientados de forma divergente se incluyeron entre los genes ves regulados positivamente en las cepas virulentas, mientras que ninguno de los genes ves regulados positivamente en los derivados atenuados se orientaron cabeza a cabeza. Una familia de genes cuyos miembros específicos estaban regulados al alza de manera consistente y significativa en la expresión en ambas cepas atenuadas fue el gen que codifica la proteína del cuerpo esférico (SBP) 2, donde los transcritos de las copias truncadas de SBP2 7, 9 y 11 estaban todos regulados al alza. Concluimos que la regulación al alza del par de heterodímeros ves y la mayor frecuencia general de las expresiones génicas ves en las cepas virulentas es consistente con la participación de esta familia de genes en la virulencia. Esto es lógico dado el papel de las proteínas VESA1 en la citoadherencia de las células infectadas a las células endoteliales. Sin embargo, la regulación positiva de algunos genes ves en los derivados atenuados sugiere que la consecuencia de la regulación positiva es específica del gen. Además, la regulación positiva de la familia de genes de la proteína 2 del cuerpo esférico puede desempeñar un papel en el fenotipo atenuado. Se discute exactamente cómo estas dos familias de genes pueden contribuir a la pérdida o ganancia de virulencia.Files
1471-2164-14-763.pdf
Files
(2.3 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:7439b12d96a01d6ddd20fecd0c877f79
|
2.3 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- يكشف تحليل transcriptome المقارن لسلالات Babesia bovis الخبيثة والضعيفة المتميزة جغرافيًا عن تغيرات مماثلة في التعبير الجيني من خلال التوهين
- Translated title (French)
- L'analyse comparative du transcriptome de souches de Babesia bovis virulentes et atténuées géographiquement distinctes révèle des changements d'expression génique similaires par atténuation
- Translated title (Spanish)
- El análisis comparativo del transcriptoma de cepas de Babesia bovis virulentas y atenuadas geográficamente distintas revela cambios similares en la expresión génica a través de la atenuación
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2039904754
- DOI
- 10.1186/1471-2164-14-763
References
- https://openalex.org/W1550165896
- https://openalex.org/W1866735113
- https://openalex.org/W1965087059
- https://openalex.org/W1974134043
- https://openalex.org/W1979759004
- https://openalex.org/W1981509058
- https://openalex.org/W1996028801
- https://openalex.org/W2002704027
- https://openalex.org/W2015082048
- https://openalex.org/W2015373612
- https://openalex.org/W2027762972
- https://openalex.org/W2044087430
- https://openalex.org/W2044822018
- https://openalex.org/W2048026756
- https://openalex.org/W2058033409
- https://openalex.org/W2060000061
- https://openalex.org/W2064147466
- https://openalex.org/W2066234643
- https://openalex.org/W2074502307
- https://openalex.org/W2082370445
- https://openalex.org/W2086862380
- https://openalex.org/W2095676095
- https://openalex.org/W2099946731
- https://openalex.org/W2104943640
- https://openalex.org/W2110528357
- https://openalex.org/W2112047656
- https://openalex.org/W2113223606
- https://openalex.org/W2116368371
- https://openalex.org/W2128478433
- https://openalex.org/W2139125375
- https://openalex.org/W2147537101
- https://openalex.org/W2162035494