A survey of genetic diversity of cattle suggests two domestication events in Asia and selection by husbandry.

Abstract Theileria orientalis ikeda is a newly identified agent of bovine infectious anemia in the United States. Although it is transmitted by separate tick hosts than Anaplasma marginale – a bacterial etiology of bovine infectious anemia –the geographic distributions of these two infectious organisms overlap, with co-infection reported in some cattle. Only anaplasmosis has approved effective treatment in the United States. To provide rapid diagnostic information for producers with anemic animals, we developed a duplex qPCR for A. marginale and T. orientalis . With a cut-off of 38 cycles, the duplex assay has a sensitivity of 96.97% and a specificity of 100% for A. marginale ; with a cut-off of 45 cycles, the duplex assay has a sensitivity and a specificity of 100% for T. orientalis . In addition to providing a tool for improved clinical decision-making for veterinarians and producers, this qPCR facilitates the study of co-infection rate of cattle in Virginia. Of 1,359 blood samples analyzed, 174 were positive for the presence of T. orientalis , 125 were positive for the presence of A. marginale , and 12 samples were positive for both T. orientalis and A. marginale. This indicated that co-infection of both of these etiologies of bovine infectious anemia does occur within the state of Virginia. It is likely that this pattern of infection will be seen in regions where T. orientalis and A. marginale are endemic, despite the difference in tick vectors.

Newcastle disease (ND) outbreaks are global challenges to the poultry industry. Effective management requires rapid identification and virulence prediction of the circulating Newcastle disease viruses (NDV), the causative agent of ND. However, these diagnostics are hindered by the genetic diversity and rapid evolution of NDVs. A highly sensitive amplicon sequencing (AmpSeq) workflow for virulence and genotype prediction of NDV samples using a third-generation, real-time DNA sequencing platform is described using both egg-propagated virus and clinical samples. 1D MinION sequencing of barcoded NDV amplicons was performed on 33 egg-grown isolates, (23 unique lineages, including 15 different NDV genotypes), and from 15 clinical swab samples from field outbreaks. Assembly-based data analysis was performed in a customized, Galaxy-based AmpSeq workflow. For all egg-grown samples, NDV was detected and virulence and genotype were predicted. For clinical samples, NDV was detected in ten of eleven NDV samples. Six of the clinical samples contained two mixed genotypes, of which the MinION method detected both genotypes in four of those samples. Additionally, testing a dilution series of one NDV sample resulted in detection of NDV with a 50% egg infectious dose (EID50) as low as 101 EID50/ml. This was accomplished in as little as 7 minutes of sequencing time, with a 98.37% sequence identity compared to the expected consensus. The high sensitivity, fast sequencing capabilities, accuracy of the consensus sequences, and the low cost of multiplexing allowed for identification of NDV of different genotypes circulating worldwide. This general method will likely be applicable to other infections agents.

Understanding the virulence mechanisms of human pathogens from the genus Fusobacterium has been hindered by a lack of properly assembled and annotated genomes. Here we report the first complete genomes for seven Fusobacterium strains, as well as resequencing of the reference strain F. nucleatum subsp. nucleatum ATCC 25586 (seven total species, eight total genomes). A highly efficient and cost-effective sequencing pipeline was achieved using sample multiplexing for short-read Illumina (150 bp) and long-read Oxford Nanopore MinION (>80 kbp) platforms, coupled with genome assembly using the open-source software Unicycler. When compared to currently available draft assemblies (previously 24-67 contigs), these genomes are highly accurate and consist of only one complete chromosome. We present the complete genome sequence of F. nucleatum 23726, a genetically tractable and biomedically important strain, and in addition, reveal that the previous F. nucleatum 25586 genome assembly contains a 452 kb genomic inversion that has been corrected using our sequencing and assembly pipeline. To enable the scientific community, we concurrently use these genomes to launch FusoPortal, a repository of interactive and downloadable genomic data, genome maps, gene annotations, and protein functional analysis and classification. In summary, this study provides detailed methods for accurately sequencing, assembling, and annotating Fusobacterium genomes, which will enhance efforts to properly identify virulence proteins that may contribute to a repertoire of diseases including periodontitis, pre-term birth, and colorectal cancer.

RNA viruses rapidly mutate, which can result in increased virulence, increased escape from vaccine protection, and false negative detection results. Targeted detection methods have a limited ability to detect unknown viruses and often provide insufficient data to detect coinfections or identify antigenic variants. Random, deep sequencing is a method that can more fully detect and characterize RNA viruses and is often coupled with molecular techniques or culture methods for viral enrichment. Viral culture coupled with third-generation sequencing were tested for the ability to detect and characterize RNA viruses. Cultures of bovine viral diarrhea virus, canine distemper virus, epizootic hemorrhagic disease virus, infectious bronchitis virus, two influenza A viruses, and porcine respiratory and reproductive syndrome virus were sequenced on the MinION platform using a random, reverse primer in a strand-switching reaction, coupled with PCR-based barcoding. Reads were taxonomically classified and used for reference-based sequence building using a stock personal computer. This method accurately detected and identified complete coding sequence genomes with a minimum of 20× coverage depth for all seven viruses, including a sample containing two viruses. Each lineage-typing region had at least 26× coverage depth for all viruses. Furthermore, analyzing the canine distemper virus sample through a pipeline devoid of canine distemper virus reference sequences modeled the ability of this protocol to detect unknown viruses. These results show the ability of this technique to detect and characterize dsRNA, negative- and positive-sense ssRNA, nonsegmented, and segmented RNA viruses.

Infectious bronchitis (IB) causes significant economic losses in the global poultry industry. Control of infectious bronchitis is hindered by the genetic diversity of the causative agent, infectious bronchitis virus (IBV), which has led to the emergence of several serotypes that lack complete serologic cross-protection. While serotyping by definition requires immunologic characterization, genotyping is an efficient means to identify IBVs detected in samples. Sanger sequencing of the S1 subunit of the spike gene is currently used to genotype IBV; however, the universal S1 PCR was created to work from cultured IBV and it is inefficient at detecting mixed isolates. This paper describes a MinION-based AmpSeq method that genetically typed IBV from clinical samples, including samples with multiple isolates. Total RNA was extracted from fifteen tracheal scrapings and choanal cleft swab samples, randomly reverse transcribed, and PCR amplified using modified S1-targeted primers. Amplicons were barcoded to allow for pooling of samples, processed per manufacturer instructions into a 1D MinION sequencing library, and sequenced on the MinION. The AmpSeq method detected IBV in 13 of 14 IBV-positive samples. AmpSeq accurately detected and genotyped both IBV lineages in three of five samples containing two IBV lineages. Additionally, one sample contained three IBV lineages, and AmpSeq accurately detected two of the three. Strain identification, including detection of different strains from the same lineage, was also possible with this AmpSeq method. The results demonstrate the feasibility of using MinION-based AmpSeq for rapid and accurate identification and lineage typing of IBV from oral swab samples.