伊氏锥虫(Trypanosoma evansi)是一种真核的单细胞血液鞭毛虫,寄生于几乎所有的脊椎动物体内,能通过蝇、虻作为媒介(vector)在动物之间传播,也可通过生食感染动物的肉和血经破损的黏膜组织直接传播。伊氏锥虫感染野生动物和家畜引起动物锥虫病,又称苏拉病(Surra),该病广泛分布于热带和亚热带地区。近年来,也有伊氏锥虫感染人的报道,提示伊氏锥虫具有成为人兽共患寄生虫病病原的可能性。目前对该病的有效防治手段较少,其对畜牧业和野生动物的危害仍然严重。伊氏锥虫利用其体表变异的表面糖蛋白(VSG)逃避宿主的免疫识别,深入解析该病原的分子生物学特性是建立有效防治措施的理论依据。伊氏锥虫的近缘物种布氏锥虫(Trypanosoma brucei)的基因组数据为伊氏锥虫和布氏锥虫的比较基因组学研究提供了良好的基础。伊氏锥虫的20 S蛋白酶体(20 S Proteasome)和磷酯酰肌醇3-激酶(PI3K)参与蛋白质降解途径和PI3K-AKT信号通路,抑制这两种酶的活性能够影响虫体生长发育和凋亡,二者有望成为潜在的新药靶标。本研究利用三代PacBio SMART测序平台,构建伊氏锥虫的270 bp和20 Kb两个文库,进行了伊氏锥虫全基因组测序,同时利用二代Illumina HiSeq 4000平台进行伊氏锥虫转录组测序和小RNA测序以辅助基因组数据分析。随后对伊氏锥虫的基因组进行深入分析与解析,从基因组共线性分析、基因的表达调控和其他与病原性相关的重要基因的角度分别进行深入阐述。最后以组学分析结果为基础,通过添加酶的抑制剂PS-341和AS-605240,研究20 S Proteasome和PI3K蛋白质对伊氏锥虫的生长发育和虫体凋亡的影响,以筛选出适宜新药物开发的靶向关键酶。分析结果表明,伊氏锥虫组装基因组大小为35.2 Mb,基因组GC含量为45.2%,Scaffold N50为608 Kb,预测到8636个基因,其中蛋白质编码基因为8617个;所有基因中,6511个基因为单外显子基因,其余2125个基因仅含有一个内含子。共线性分析表明,伊氏锥虫有96.57%的scaffold与布氏锥虫的88.97%相一致,表明二者基因序列具有很大的相似性;伊氏锥虫具有11条巨大染色体,与布氏锥虫的基因组相比,在5号、11号染色体端粒区域有部分序列缺失,主要为VSG基因和ESAG基因。与布氏锥虫不同,伊氏锥虫共有820个基因发生了共1641个可变剪接事件,其中绝大多数为内含子保留形式(intron retention),说明其蛋白质的多态性主要通过基因表达后的选择性剪接来实现。另外,伊氏锥虫编码的变异表面糖蛋白VSG的基因数量为399个,远少于布氏锥虫的1496个,缺乏的部分为数量庞大的假基因,而布氏锥虫基因组中的假基因能够通过拼接重组的方式形成功能性的嵌合VSG基因,以增加抗原变异的种类,伊氏锥虫这部分VSG假基因的缺失说明其缺乏在抗原变异中通过假基因嵌合形成的更多功能性VSG。在其他方面,伊氏锥虫的miRNA和参与GPI锚定位点通路的基因都相对保守,伊氏锥虫和布氏锥虫在二者上没有明显差异。与其他锥虫不同的是,伊氏锥虫的转录因子TF和RNA结合蛋白质RBP都更加保守。对伊氏锥虫的20 S蛋白酶体α6亚基和PI3K蛋白质进行生物信息学分析,发现伊氏锥虫的20 S蛋白酶体参与Proteasome途径,氨基酸序列在锥虫属中相对保守,且含有保守的蛋白酶体识别标志和功能域;PI3K参与PI3K-Akt信号通路,氨基酸序列内无跨膜区和信号肽,具有典型的PI3K C 2 domain保守功能域,两种蛋白质的功能均与虫体生长、发育和凋亡相关。在体外培养的伊氏锥虫中添加20 S蛋白酶体抑制剂PS-341和PI3Kγ抑制剂AS-605240,结果发现虫体活力在48 h即被明显抑制,72 h后虫体基本死亡;信号通路中两种酶的下游基因表达量均有所降低;通过流式细胞仪检测发现两种抑制剂能够诱导虫体凋亡,且对虫体早期凋亡影响较大。总之,利用三代基因组测序技术结合多组学生物信息学分析,研究获得了完整的伊氏锥虫基因组数据,鉴定出大量基因转录前和转录后的表达调控因子。通过大规模的共线性分析和比较基因组学分析,发现了伊氏锥虫和布氏锥虫某些重要的生物学特征。以组学分析为依据,鉴定到两个能够诱导虫体凋亡的关键酶20 S Proteasome和PI3K,并进行了以二者作为药物靶点的初步研究。该基因组信息的发布为研究寄生虫的致病机制提供了坚实的分子基础,两个抑制剂靶向关键酶的初步探索为开发锥虫病新药物和疗法提供了新思路。