ATAC-seq与RNA-seq的整合揭示了恶性疟原虫无性繁殖阶段中对温度具有响应性的调控区域

《Parasites & Vectors》：Integration of ATAC-seq and RNA-seq reveals temperature-responsive regulatory regions in Plasmodium falciparum asexual stages

疟原虫在26℃低温胁迫下激活性基因表达，诱导1083个染色质可及区域（DARs）富集于启动子区，而滋养体阶段无显著变化，揭示裂殖体阶段特异性热敏感性机制，并通过整合ATAC-seq和RNA-seq数据，发现动态染色质重塑调控41个基因的共表达变化。

　　

摘要

背景

疟疾仍然是热带地区的一种严重寄生虫病，环境温度对恶性疟原虫（Plasmodium falciparum）的发育和传播有着显著影响。虽然低温会触发蚊子体内配子细胞的分化，但无性生殖阶段（环状体阶段和滋养体阶段）中温度响应性染色质和转录动态的分子机制仍不清楚。本研究结合了转座酶可及染色质检测（Assay for Transposase-Accessible Chromatin, ATAC-seq）和RNA测序（RNA-seq）技术，以表征在人体温度（37°C）和模拟蚊子温度（26°C）条件下恶性疟原虫的基因组范围染色质可及性和基因表达谱。

方法

将感染后45小时的环状体阶段和70小时的滋养体阶段置于不同温度（37°C与26°C）下进行处理。使用ATAC-seq识别可及的染色质区域，RNA-seq分析差异表达基因（DEGs），并通过定量实时聚合酶链反应（qPCR）验证关键基因表达的变化。

结果

低温对恶性疟原虫中性阶段特异性基因的激活和表达产生了深远影响，在环状体阶段诱导出了1083个差异可及区域（DARs），其中1081个区域增加而仅有2个区域减少，这些差异主要发生在启动子区域（转录起始位点上游3 kb以内）；而在滋养体阶段未检测到显著的差异可及区域，这表明不同阶段对温度具有特异性敏感性。功能分析显示，与差异可及区域相关的基因在宿主细胞膜相互作用、抗原变异以及共生体介导的宿主红细胞聚集扰动等途径中富集，并鉴定出温度响应性转录因子基序（例如DEAR-3、ERF096）。ATAC-seq和RNA-seq的整合分析显示染色质可及性与基因表达之间存在正相关关系，有41个基因的差异可及区域变化与基因表达变化一致，表明动态染色质重塑调控了温度响应性转录。

结论

低温选择性地调节环状体阶段的染色质可及性和基因表达，而滋养体阶段则没有染色质重构现象，这突显了不同阶段对温度的特异性敏感性。本研究首次整合分析了恶性疟原虫在低温压力下的ATAC-seq和RNA-seq数据，识别出关键的温度响应性调控区域，为了解寄生虫的环境适应机制提供了重要见解，并为未来开发针对染色质的新型抗疟策略奠定了基础。

图形摘要

背景

疟疾仍然是热带地区的一种严重寄生虫病，环境温度对恶性疟原虫的发育和传播有着显著影响。虽然低温会触发蚊子体内配子细胞的分化，但无性生殖阶段（环状体阶段和滋养体阶段）中温度响应性染色质和转录动态的分子机制仍不清楚。本研究结合了转座酶可及染色质检测（Assay for Transposase-Accessible Chromatin, ATAC-seq）和RNA测序（RNA-seq）技术，以表征在人体温度（37°C）和模拟蚊子温度（26°C）条件下恶性疟原虫的基因组范围染色质可及性和基因表达谱。

方法

将感染后45小时的环状体阶段和70小时的滋养体阶段置于不同温度（37°C与26°C）下进行处理。使用ATAC-seq识别可及的染色质区域，RNA-seq分析差异表达基因（DEGs），并通过定量实时聚合酶链反应（qPCR）验证关键基因表达的变化。

结果

低温对恶性疟原虫中性阶段特异性基因的激活和表达产生了深远影响，在环状体阶段诱导出了1083个差异可及区域（DARs），其中1081个区域增加而仅有2个区域减少，这些差异主要发生在启动子区域（转录起始位点上游3 kb以内）；而在滋养体阶段未检测到显著的差异可及区域，这表明不同阶段对温度具有特异性敏感性。功能分析显示，与差异可及区域相关的基因在宿主细胞膜相互作用、抗原变异以及共生体介导的宿主红细胞聚集扰动等途径中富集，并鉴定出温度响应性转录因子基序（例如DEAR-3、ERF096）。ATAC-seq和RNA-seq的整合分析显示染色质可及性与基因表达之间存在正相关关系，有41个基因的差异可及区域变化与基因表达变化一致，表明动态染色质重塑调控了温度响应性转录。

结论

低温选择性地调节环状体阶段的染色质可及性和基因表达，而滋养体阶段则没有染色质重构现象，这突显了不同阶段对温度的特异性敏感性。本研究首次整合分析了恶性疟原虫在低温压力下的ATAC-seq和RNA-seq数据，识别出关键的温度响应性调控区域，为了解寄生虫的环境适应机制提供了重要见解，并为未来开发针对染色质的新型抗疟策略奠定了基础。

图形摘要