Genomics to study evolutionary relationships between host and endosymbiont: the case study of Ixodes ricinus and Midichloria mitochondrii.
Le zecche, in particolare Ixodes ricinus, sono generalmente riconosciute per il loro ruolo nella
trasmissione di una vasta gamma di agenti patogeni agli esseri umani e agli animali. Tuttavia, oltre
alle loro ben note associazioni patogene, queste zecche intrattengono anche relazioni simbiotiche
con diversi microrganismi. Tra questi, uno dei più rilevanti è Midichloria mitochondrii, un batterio
endosimbionte notato per la sua capacità unica di risiedere all'interno dei mitocondri dell'ospite. In
questo studio, abbiamo focalizzato sulla comprensione della relazione evolutiva tra il genoma
mitocondriale di I. ricinus e quello di M. mitochondrii, con un'attenzione particolare alle modalità
con cui potrebbero aver co-evoluto in differenti linee evolutive. A tal fine, abbiamo analizzato dati
di sequenziamento ad alta capacità ottenuti da popolazioni di I. ricinus campionate in diverse
regioni europee. Il nostro obiettivo era di determinare la prevalenza di M. mitochondrii in queste
popolazioni e valutare come la presenza simbiotica ha influenzato la loro distribuzione. Abbiamo
utilizzato una serie di strumenti bioinformatici per effettuare la classificazione tassonomica, stimare
l’abbondanza del simbionte e realizzare il mapping genomico. Il nostro lavoro si è concluso con la
ricostruzione di alberi filogenetici basati su dati di popolazione, che ci hanno permesso di esplorare
il modello evolutivo delle popolazioni di I. ricinus. I risultati hanno evidenziato un chiaro
raggruppamento genetico di M. mitochondrii, suggerendo che fattori geografici e ambientali
possano svolgere un ruolo significativo nel determinare la distribuzione del simbionte. Inoltre, le
analisi filogenetiche indicano che la trasmissione verticale (da madre a prole) sia probabilmente la
modalità predominante di ereditarietà di M. mitochondrii per i nostri campioni, sebbene non si
possa escludere la possibilità di una trasmissione orizzontale.
Ticks, especially Ixodes ricinus, are widely recognized for their role in transmitting a range of
pathogens to humans and animals. However, beyond their well-known pathogenic associations,
these ticks also maintain symbiotic relationships with various microorganisms. One such
microorganism is that of Midichloria mitochondrii, an endosymbiotic bacterium notable for its
remarkable ability to reside within its host’s mitochondria. In this study, we focused on
understanding the evolutionary relationship between the mitochondrial genome of I. ricinus and M.
mitochondrii, paying special attention to how they might have co-evolved in different lineages. To
achieve this, we analyzed high-throughput sequencing data obtained from I. ricinus populations
sampled across Europe. Our aim was to determine the prevalence of M. mitochondrii in these
populations and assess how its symbiotic presence affected their distribution. We used a variety of
bioinformatic tools to perform taxonomic classification, estimate symbiont abundance, and conduct
genome mapping. Our workflow culminated in the reconstruction of population-based phylogenetic
trees, which we then utilized to explore the evolutionary patterns within these tick populations. Our
results revealed clear genetic clustering of M. mitochondrii, suggesting that both geographic and
environmental factors may play a significant role in shaping symbiont distribution. Additionally, the
phylogenetic analyses indicated that vertical transmission (from mother to offspring) is likely the
dominant mode of inheritance for M. mitochondrii, although the possibility of horizontal
transmission cannot be entirely dismissed.