A quantitative view of the transcriptome of Schistosoma mansoni adult-worms using SAGE

Abstract Background Five species of the genus Schistosoma, a parasitic trematode flatworm, are causative agents of Schistosomiasis, a disease that is endemic in a large number of developing countries, affecting millions of patients around the world. By using SAGE (Serial Analysis of Gene Expression) we describe here the first large-scale quantitative analysis of the Schistosoma mansoni transcriptome, one of the most epidemiologically relevant species of this genus. Results After extracting mRNA from pooled male and female adult-worms, a SAGE library was constructed and sequenced, generating 68,238 tags that covered more than 6,000 genes expressed in this developmental stage. An analysis of the ordered tag-list shows the genes of F10 eggshell protein, pol-polyprotein, HSP86, 14-3-3 and a transcript yet to be identified to be the five top most abundant genes in pooled adult worms. Whereas only 8% of the 100 most abundant tags found in adult worms of S. mansoni could not be assigned to transcripts of this parasite, 46.9% of the total ditags could not be mapped, demonstrating that the 3 sequence of most of the rarest transcripts are still to be identified. Mapping of our SAGE tags to S. mansoni genes suggested the occurrence of alternative-polyadenylation in at least 13 gene transcripts. Most of these events seem to shorten the 3 UTR of the mRNAs, which may have consequences over their stability and regulation. Conclusion SAGE revealed the frequency of expression of the majority of the S. mansoni genes. Transcriptome data suggests that alternative polyadenylation is likely to be used in the control of mRNA stability in this organism. When transcriptome was compared with the proteomic data available, we observed a correlation of about 50%, suggesting that both transcriptional and post-transcriptional regulation are important for determining protein abundance in S. mansoni. The generation of SAGE tags from other life-cycle stages should contribute to reveal the dynamics of gene expression in this important parasite.

Phylogenomische Untersuchungen zur Aufklärung des Metazoa-Stammbaums

Zentrales Thema der Arbeit war die Aufklärung von Verwandtschaftsverhältnissen im „Tree of Life“ der vielzelligen Tiere (Metazoa) unter Einsatz großer DNA-Sequenzdatensätze und phylogenomischer Methoden. Zur Untersuchung der internen Phylogenie der Syndermata (= meist freilebende Rädertiere („Rotifera“) + endoparasitische Kratzwürmer (Acanthocephala)) sowie ihrer Position im Metazoen-Stammbaum wurden insgesamt sieben neue mitochondriale (mt) Genome sowie neue Transkriptom-Sequenzdaten von sieben verschiedenen Syndermata-Spezies generiert und/oder analysiert. Die Stammbaumrekonstruktionen auf Grundlage dieser sowie orthologer Sequenzen anderer Spezies in Form von phylogenomischen Datensätzen mit bis zu 82.000 Aminosäurepositionen ergaben folgende Aussagen zur Evolution: (i) Innerhalb der Acanthocephala bilden monophyletische Palaeacanthocephala das Schwestertaxon zu den Eoacanthocephala. Die Archiacanthocephala sind Schwestertaxon zu allen vorgenannten. (ii) Innerhalb der Syndermata bilden die epizoisch lebenden Seisonidea das Schwestertaxon zu den endoparasitischen Acanthocephala (= Pararotatoria), die Bdelloidea sind das Schwestertaxon zu den Pararotatoria (= Hemirotifera) und die Monogononta das Schwestertaxon zu den Hemirotifera. Die klassischen Eurotatoria (= Bdelloidea + Monogononta) sind demnach paraphyletisch. (iii) Innerhalb der Metazoa bilden die Syndermata gemeinsam mit den Gnathostomulida die Gnathifera. Diese sind die Schwestergruppe zu allen anderen Spiralia-Taxa, welche sich in Rouphozoa (= Platyhelminthes + Gastrotricha) sowie die Lophotrochozoa aufspalten. Die Platyzoa (= Gnathifera + Platyhelminthes + Gastrotricha) sind demnach paraphyletisch. Diese phylogenetischen Hypothesen wurden im Hinblick auf ihre Implikationen für die Evolution morphologischer und ökologischer Merkmale interpretiert. Demnach sind während der Evolution dieser Tiergruppen mehrfach sekundäre Verlustereignisse von komplexen morphologischen Merkmalen aufgetreten (laterale sensorische Organe innerhalb der Acanthocephala und das Räderorgan (Corona) innerhalb der Syndermata), was die Verwendung dieser Merkmale im Sinne einer klassisch-morphologischen Phylogenetik kritisch erscheinen lässt. Der Endoparasitismus der Acanthocephala hat sich wahrscheinlich über ein epizoisches Zwischenstadium, wie man es heute noch bei den Seisonidea findet, entwickelt. Der letzte gemeinsame Vorfahre der Spiralia war vermutlich klein und unsegmentiert und besaß keine echte Leibeshöhle (Coelom). Demnach hätten sich Segmentierung und Coelome innerhalb der Metazoa mehrfach unabhängig voneinander (konvergent) entwickelt. Die Arbeit beinhaltete folgende weitere, zum Teil methodische Aspekte: (i) die Analyse der Architektur der mt Genome der Monogononta bestätigte die aberrante Organisation in zwei Subgenomen für die Brachionidae. (ii) Eine Prüfung der Tauglichkeit ribosomaler Proteine für molekular-phylogenetische Arbeiten ergab das Vorhandensein widersprüchlicher phylogenetischer Signale in diesen speziellen Proteinsequenzen. (iii) Es konnte nachgewiesen werden, dass systematische Fehler wie „long-branch attraction“ bei der Positionierung der Syndermata im Stammbaum der Metazoa eine große Rolle spielen und adressiert werden müssen.

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