Research Article

Genome-wide microsatellite characteristics of five human Plasmodium species, focusing on Plasmodium malariae and P. ovale curtisi

Caractéristiques à l'échelle du génome des microsatellites de cinq espèces humaines de Plasmodium, spécialement Plasmodium malariae et P. ovale curtisi

¹ Department of Molecular Tropical Medicine and Genetics, Faculty of Tropical Medicine, Mahidol University, 10400 Bangkok, Thailand
² Mahidol–Oxford Tropical Medicine Research Unit, Faculty of Tropical Medicine, Mahidol University, 10400 Bangkok, Thailand
³ Centre for Tropical Medicine and Global Health, Nuffield Department of Medicine, University of Oxford, OX1 2JD Oxford, United Kingdom

^* Corresponding author: mallika.imw@mahidol.ac.th

Received: 9 September 2019
Accepted: 30 April 2020

Abstract

Microsatellites can be utilized to explore genotypes, population structure, and other genomic features of eukaryotes. Systematic characterization of microsatellites has not been a focus for several species of Plasmodium, including P. malariae and P. ovale, as the majority of malaria elimination programs are focused on P. falciparum and to a lesser extent P. vivax. Here, five human malaria species (P. falciparum, P. vivax, P. malariae, P. ovale curtisi, and P. knowlesi) were investigated with the aim of conducting in-depth categorization of microsatellites for P. malariae and P. ovale curtisi. Investigation of reference genomes for microsatellites with unit motifs of 1–10 base pairs indicates high diversity among the five Plasmodium species. Plasmodium malariae, with the largest genome size, displays the second highest microsatellite density (1421 No./Mbp; 5% coverage) next to P. falciparum (3634 No./Mbp; 12% coverage). The lowest microsatellite density was observed in P. vivax (773 No./Mbp; 2% coverage). A, AT, and AAT are the most commonly repeated motifs in the Plasmodium species. For P. malariae and P. ovale curtisi, microsatellite-related sequences are observed in approximately 18–29% of coding sequences (CDS). Lysine, asparagine, and glutamic acids are most frequently coded by microsatellite-related CDS. The majority of these CDS could be related to the gene ontology terms “cell parts,” “binding,” “developmental processes,” and “metabolic processes.” The present study provides a comprehensive overview of microsatellite distribution and can assist in the planning and development of potentially useful genetic tools for further investigation of P. malariae and P. ovale curtisi epidemiology.

Résumé

Les microsatellites peuvent être utilisés pour explorer les génotypes, la structure de la population et d’autres caractéristiques génomiques des eucaryotes. La caractérisation systématique des microsatellites n’a pas été étudiée pour plusieurs espèces de Plasmodium, dont P. malariae et P. ovale, car la majorité des programmes d’élimination du paludisme se concentrent sur P. falciparum et, dans une moindre mesure, P. vivax. Dans cet article, cinq espèces causant le paludisme humain (P. falciparum, P. vivax, P. malariae, P. ovale curtisi et P. knowlesi) ont été étudiées dans le but de procéder à une catégorisation approfondie des microsatellites pour P. malariae et P. ovale curtisi. L’étude des génomes de référence pour les microsatellites avec des motifs unitaires de 1 à 10 paires de bases indique une grande diversité parmi les cinq espèces de Plasmodium. Plasmodium malariae, avec la plus grande taille de génome, affiche la deuxième densité de microsatellites la plus élevée (1421 No./Mpb ; 5 % de couverture) après P. falciparum (3634 No./Mpb ; 12 % de couverture). La plus faible densité de microsatellites a été observée chez P. vivax (773 No./Mpb ; 2 % de couverture). A, AT et AAT sont les motifs les plus fréquemment répétés chez les espèces de Plasmodium. Pour P. malariae et P. ovale curtisi, des séquences liées aux microsatellites sont observées dans environ 18 à 29 % des séquences codantes (CDS). La lysine, l’asparagine et les acides glutamiques sont les plus souvent codés par les CDS liés aux microsatellites. La majorité de ces CDS pourrait être liée aux termes d’ontologie génétique « parties cellulaires », « liaison », « processus de développement » et « processus métaboliques ». Cette étude fournit un aperçu complet de la distribution des microsatellites et peut aider à la planification et au développement d’outils génétiques potentiellement utiles pour une étude plus approfondie de l’épidémiologie de P. malariae et P. ovale curtisi.