Strict association between mitochondrial lineages and nuclear loci in the avian malaria parasite Haemoproteus majoris

Abstract

The avian malaria parasite Haemoproteus majoris is a generalist, infecting a broad range of host species and is prevalent worldwide. Parasite species infecting a wide host range and with a global distribution should hold several different genetic variants. In this study, novel molecular markers were developed to amplify partial segments of the nuclear genes circumsporozoite- and TRAP-related protein (CTRP), heme-detoxification protein (HDP), ThiaminPhosphatePyrophosphorylase (THI) and HydroxyEthylThiazoleKinase (HYD) to determine the level of genetic diversity found among a sub-set of mitochondrial lineages of H. majoris. The analyses included samples from fifteen different passerine bird species infected with the mitochondrial lineages PHSIB1, PARUS1 and WW2 collected at nine different locations in Europe and Asia. The mitochondrial lineages PHSIB1, PARUS1 and WW2 were associated with unique nuclear haplotypes at all the four nuclear loci, indicating that each mitochondrial lineage represents a distinct biological species. Within mitochondrial lineages that have multiple nuclear alleles there is no association to host species. Further, there was no association between geographical location were the birds was sampled and nuclear allele copy. For the nuclear locus CTRP, three different haplotypes were identified for the mitochondrial lineage PHSIB1. In locus HDP two or three different haplotypes were identified for the mitochondrial lineages PHSIB1, PARUS1 and WW2. This probably indicates that one large population recently has been split into sub-populations, alternatively a population undergoing expansion.

Popular Abstract (Swedish)

Ny upptäckt kan tyda på att antalet malaria parasiter är betydligt fler än vad man tidigare trott

Malaria orsakar en infektions sjukdom och klassas som en av väldens mest dödliga sjukdomar, uppskattningsvis avlider runt 1 miljon människor årligen av sjukdomen. Malaria parasiten som sprider sjukdomen har en mycket avancerad livscykel som involverar två olika faser, där den ena fasen genomförs i ett ryggradsdjur medan den andra fasen utförs i en blodsugande insekt.

Malaria parasiter som infekterar människor tillhör en grupp av blodparasiter som även orsakar malaria hos gnagare, primater, fladdermöss, reptiler och fåglar. Inom denna grupp av blodparasiter förekommer släkterna Plasmodium, Leucocytozoon och Haemoproteus, där parasiter tillhörande släktet Haemoproteus har visat sig vara de vanligaste parasiterna bland fåglar. Studier baserat på mitochondrie-DNA har påvisat att en stor genetisk skillnad förekommer mellan olika parasitarter, vilket i kombination med ett komplicerat släktskap mellan olika parasitarter kan innebära att antalet parasitarter som infekterar fåglar kan var lika många som antalet fågelarter. Genom att kartlägga den genetiska skillnaden mellan parasitarterna baserat på kärn-DNA kan en djupare insikt över släktskapet mellan olika arter uppnås.

I den här studien jämfördes släktskapet och den genetiska skillnaden mellan tre olika parasitlinjer PHSIB1, PARUS1 och WW2 tillhörande parasitarten Haemoproteus majoris. Detta genom att använda cytochrome b genen (cyt b) som kodas av parasitens mitochondrie DNA samt fyra gener som återfinns i parasitens kärn-DNA. En av de nukleära generna är involverad i den molekylära interaktionen mellan fågeln och parasiten i samband med att parasiten angriper fågeln. De tre resterade nukleära generna är involverade i metaboliska processer som gör att parasiten kan överleva i fågeln.

Genom att jämföra den genetiska variationen i de nukleära generna med variationen i cyt b genen är det möjligt att kartlägga släktskapet mellan de olika parasitlinjerna PHSIB1, PARUS1 och WW2. I studien var den genetiska variationen som återfanns bland de nukleära generna tydligt kopplad till den genetiska variationen i cyt b genen för de olika parasitlinjerna. Detta visar på att inget utbyte av genetisk information förekommer mellan parasitlinjerna PHSB1, PARUS1 och WW2, vilket innebär att de tre parasitlinjerna representerar olika biologiska arter. Inom de parasitlinjer där flera nukleära varianter återfanns hittades ingen koppling till vilken fågelart parasitlinjen hittades i, vilket tyder på att samma parasitart kan infektera flera olika fågelarter. Vidare fanns ingen koppling mellan den geografiska platsen där proven var insamlande och vilken nukleär variant parasitarten var infekterad med, vilket tyder på att parasitarterna PHSIB1, PARUS1 och WW2 från början har utgjorts av stora populationer som nyligen har delats upp i mindre populationer alternativt populationer som snabbt har expanderar.

I framtida studier bör fler prover inkluderas för att vidare utreda den nukleära genetiska variationen inom de olika parasitarterna. Då parasitens genom är betydligt mindre än fågels försvåras möjligheten att med PCR teknik kopiera parasitens nukleära gener, varför andra metoder bör användes för denna typen av ändamål. Alternativa tillvägagångssätt skulle kunna innefatta användning av mikrosatelliter eller storskaliga sekvenserings metoder. Att inkludera prover från andra kontinenter skulle möjliggöra en jämförelse av det genetiska materialet mellan respektive parasitart och olika kontinenter.

Handledare: Staffan Bensch och Olof Hellgren
Examensarbete för masterexamen i molekylärbiologi, 45hp, 2014
Lunds universitet, Biologiska institutionen

• author: Nilsson, Emma
• supervisor: Staffan Bensch; Olof Hellgren
• organization: Degree Projects in Molecular Biology
• course: MOBN01 20141
• year: 2014
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Biology and Life Sciences
• language: English
• id: 4861886
• date added to LUP: 2014-12-11 11:55:26
• date last changed: 2014-12-11 12:02:06