Research Article

Module-level recombination drives DBLMSP polymorphism and functional conservation in Plasmodium falciparum

La recombinaison au niveau des modules est à l’origine du polymorphisme et de la conservation fonctionnelle de DBLMSP chez Plasmodium falciparum

¹ National Institute of Parasitic Diseases, Chinese Center for Diseases Control and Prevention (Chinese Center for Tropical Diseases Research), National Key Laboratory of Intelligent Tracking and Forecasting for Infectious Diseases, NHC Key Laboratory of Parasite and Vector Biology; WHO Collaborating Centre for Tropical Diseases; National Centre for International Research on Tropical Diseases, Shanghai 200025, PR China
² School of Global Health, Chinese Centre for Tropical Diseases Research, Shanghai Jiao Tong University School of Medicine, Shanghai 200025, PR China

*Corresponding authors: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. (Hai-Mo Shen); This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. (Jun-Hu Chen)

Received: 12 December 2025
Accepted: 26 March 2026

Abstract

The DBLMSP gene family in Plasmodium falciparum encodes surface antigens involved in immune evasion and red blood cell invasion, yet its extensive polymorphism has long defied straightforward classification. While analyzing DBLMSP1 sequences from samples collected along the China–Myanmar border, we found that haplotypes could not be readily explained by standard population genetic models. Instead, comparative alignment and BLAST analysis revealed that DBLMSP1 and DBLMSP2 consist of discrete, recombinable sequence modules, flanked by conserved upstream and downstream regions. This led us to propose a modular framework that redefines allele structure as combinations of well-defined building blocks with consistent boundaries and positional constraints. Through global mining of DBLMSP sequences, we identified nine genotypes each for DBLMSP1 and DBLMSP2, with modules labeled sequentially (e.g., 1M2a, 1M3c, and 2M3b). Some modules were shared across paralogs, notably the identical sequence of DBLMSP1 module 1M3c and DBLMSP2 module 2M3a, suggesting historical inter-locus recombination. In the dominant genotype DBLMSP1-1, nucleotide diversity and Tajima’s D peaked within variable modules, whereas conserved structural elements, including the receptor-binding cleft and SPAM domain, were under purifying selection. Patterns of long-range linkage disequilibrium aligned with module junctions, suggesting that modular structure may shape recombination patterns independently of selection. Modular recombination has been widely recognized in viral systems and multigene families such as var, but its relevance in DBLMSPs has been underappreciated. By applying this framework to P. falciparum DBLMSPs, we aim to provide a useful perspective for understanding their structural diversity and evolutionary dynamics, with implications for immunogen design and parasite surveillance.

Résumé

La famille de gènes DBLMSP chez Plasmodium falciparum code des antigènes de surface impliqués dans l’échappement immunitaire et l’invasion des globules rouges. Cependant, son polymorphisme étendu a longtemps résisté à une classification simple. L’analyse des séquences DBLMSP1 d’échantillons prélevés le long de la frontière sino-birmane a révélé que les haplotypes ne pouvaient être facilement expliqués par les modèles de génétique des populations classiques. En revanche, l’alignement comparatif et l’analyse BLAST ont montré que DBLMSP1 et DBLMSP2 sont constitués de modules de séquences discrets et recombinables, flanqués de régions conservées en amont et en aval. Ceci nous a conduits à proposer un cadre modulaire qui redéfinit la structure allélique comme une combinaison d’éléments constitutifs bien définis, présentant des limites et des contraintes positionnelles cohérentes. Grâce à l’analyse globale des séquences DBLMSP, nous avons identifié neuf génotypes pour DBLMSP1 et neuf pour DBLMSP2, avec des modules numérotés séquentiellement (par exemple, 1M2a, 1M3c, 2M3b). Certains modules étaient partagés entre les paralogues, notamment la séquence identique des modules 1M3c de DBLMSP1 et 2M3a de DBLMSP2, suggérant une recombinaison inter-locus ancienne. Dans le génotype dominant DBLMSP1-1, la diversité nucléotidique et le D de Tajima atteignaient leur maximum au sein des modules variables, tandis que les éléments structuraux conservés, tels que le site de liaison au récepteur et le domaine SPAM, étaient soumis à une sélection purificatrice. Les profils de déséquilibre de liaison à longue distance s’alignaient avec les jonctions des modules, suggérant que la structure modulaire pourrait influencer les profils de recombinaison indépendamment de la sélection. La recombinaison modulaire est largement reconnue dans les systèmes viraux et les familles multigéniques comme var, mais son importance dans les DBLMSP a été sous-estimée. En appliquant ce cadre aux DBLMSP de P. falciparum, nous visons à fournir une perspective utile pour comprendre leur diversité structurelle et leur dynamique évolutive, avec des implications pour la conception d’immunogènes et la surveillance des parasites.