Genetic divergence and microbiome differentiation between bisexual and parthenogenetic populations of Haemaphysalis longicornis in Shandong, China

Resumen Técnico: Divergencia Genética y Diferenciación del Microbioma en Haemaphysalis longicornis

Planteamiento del Problema
La garrapata de cuernos largos, Haemaphysalis longicornis, es un vector invasor global responsable de la transmisión del virus del Síndrome de Fiebre Hemorrágica con Trombocitopenia (SFTSV) y otros patógenos zoonóticos. Una característica biológica distintiva de esta especie es su estrategia reproductiva dual: la coexistencia de la reproducción bisexual y la partenogénesis obligada. Se hipotetiza que las líneas de partenogénesis facilitan una colonización rápida debido a su capacidad para reproducirse sin machos, pero la distribución espacial, la diferenciación genética y los patrones de flujo génico entre estos dos tipos reproductivos siguen siendo poco comprendidos, particularmente en la provincia de Shandong, una región de alta endemicidad tanto para la garrapata como para el SFTS. Además, se desconoce cómo el modo reproductivo influye en la composición del microbioma de la garrapata y si estas comunidades microbianas están vinculadas con la diferenciación genética. Estudios previos han abordado la diversidad genética o las características del microbioma de forma aislada, careciendo de un marco integrado para comparar sistemáticamente estos factores a través de los tipos reproductivos a escala regional.

Metodología
El estudio analizó 525 especímenes de H. longicornis recolectados en 14 ciudades a nivel de prefectura en la provincia de Shandong entre julio de 2023 y septiembre de 2024. Los especímenes se obtuvieron de diversos hábitats (bosques, matorrales, pastizales, áreas agrícolas) y tanto en estado libre como adheridos al huésped.

1. Genética de Poblaciones: Se extrajo ADN genómico de especímenes individuales de garrapata y se secuenció un fragmento de 651 pb del gen mitocondrial COX1. La diversidad de haplotipos, la diversidad de nucleótidos y la diferenciación poblacional ($F_{st}$) se calcularon utilizando DnaSP, PopART y Arlequin. Las relaciones filogenéticas se infirieron mediante Máxima Verosimilitud en MEGA 12. Se realizaron pruebas de neutralidad (Tajima's D, Fu's Fs) para evaluar la historia demográfica.
2. Análisis del Microbioma: Se amplificó y secuenció la región hipervariable V3–V4 del gen 16S rRNA bacteriano (Illumina PE250). Las secuencias se procesaron utilizando QIIME2 y DADA2. La diversidad alfa y beta se evaluó mediante los índices de Shannon/Simpson y el Análisis de Coordenadas Principales (PCoA) basado en distancias de Bray-Curtis.
3. Análisis de Redes y Funcionalidad: Se construyeron redes de coocurrencia utilizando la correlación de rango de Spearman (Spearman's $r > 0.6$, $P < 0.05$) y se visualizaron mediante Gephi. Los potenciales funcionales se predijeron mediante PICRUSt2 (rutas KEGG) y FAPROTAX (gremios ecológicos). La abundancia diferencial se analizó mediante LEfSe.

Resultos Clave

• Estructura Genética y Distribución:

  • Se identificaron treinta y tres haplotipos distintos, que forman dos clados profundamente divergentes. El Clado A corresponde a las poblaciones bisexuales y se encuentra predominantemente en zonas montañosas del interior. El Clado B corresponde a las poblaciones partenogenéticas y está confinado mayoritariamente a las regiones costeras.
  • Las poblaciones bisexuales exhibieron una diversidad genética significativamente mayor (por ejemplo, diversidad de haplotipos $H_d$ de hasta 0.85 en JNI y ZZ) y evidencia de una expansión poblacional reciente (Tajima's D y Fu's Fs negativos en varias poblaciones del interior).
  • Las poblaciones partenogenéticas mostraron una diversidad genética reducida y un aislamiento genético pronunciado. Los valores de $F_{st}$ por pares entre poblaciones partenogenéticas, y entre poblaciones partenogenéticas y bisexuales, fueron altos ($>0.80$), mientras que las poblaciones bisexuales del interior mostraron un $F_{st}$ bajo ($<0.05$), lo que indica un flujo génico frecuente.
  • El análisis AMOVA reveló que el 68.34% de la variación genética total se distribuye entre las poblaciones, lo que indica una fuerte estructuración poblacional.

• Composición y Diversidad del Microbioma:

  • Las garrapatas partenogenéticas poseían un microbioma significativamente menos diverso (menores índices de Shannon y Simpson) en comparación con las garrapatas bisexuales.
  • Coxiella dominó el microbioma de ambos grupos, pero fue significativamente más abundante en las poblaciones partenogenéticas (80% de abundancia relativa) en comparación con las poblaciones bisexuales (50%).
  • Las poblaciones bisexuales albergaron una comunidad más diversa, incluyendo abundancias más altas de Delftia, Pseudomonas y Stenotrophomonas, y estuvieron enriquecidas con taxones dentro de Alphaproteobacteria, Burkholderiales, Rhizobiales y Pseudomonadales.
  • El análisis LEfSe confirmó que Coxiella y el simbionte A de H. longicornis estaban enriquecidos en las garrapatas partenogenéticas.

• Arquitectura de Red y Función:

  • Red Partenogenética: Caracterizada por una estructura simplificada y altamente mutualista con 267 nodos y 1,208 aristas positivas (sin aristas negativas) y un índice de modularidad de 0.59.
  • Red Bisexual: Exhibió una arquitectura compleja y modular (modularidad = 0.74), con 339 nodos, 953 aristas positivas y 5 aristas negativas, lo que indica la presencia de interacciones competitivas.
  • Predicciones Funcionales: Las poblaciones partenogenéticas estuvieron enriquecidas para vías relacionadas con la patogenicidad, mientras que las poblaciones bisexuales estuvieron enriquecidas para funciones relacionadas con la detección ambiental y el ciclo de nutrientes.

Significancia y Afirmaciones
Los autores concluyen que el modo reproductivo es un motor primario tanto de la diferenciación genética como de la divergencia del microbioma en H. longicornis. El estudio postula que las poblaciones partenogenéticas dependen de una simbiosis especializada, dominada por Coxiella, para compensar la reducción de la diversidad genética, lo que resulta en una red microbiana simplificada. En contraste, las poblaciones bisexuales mantienen un sistema huésped-microbio flexible y resiliente, con mayor diversidad y redes de interacción complejas.

El artículo afirma que estos hallazgos proporcionan un marco novedoso para comprender la adaptación ecológica y el potencial de transmisión de patógenos de este vector. Específicamente, los autores sugieren que estos resultados resaltan la necesidad de estrategias de vigilancia y control específicas para cada tipo reproductivo. El análisis integrado de la genética de poblaciones y la ecología microbiana ofrece evidencia científica para medidas de control regionales, la alerta temprana de invasiones y la evaluación precisa del riesgo de enfermedades transmitidas por garrapatas en la provincia de Shandong y potencialmente en otras regiones endémicas.