基因組重配與重組的分子進(jìn)化研究：以H6N1、MERS-CoV及鳥類mtDNA為例.pdf

1、基因重組是改變與塑造物種基因組及其相關(guān)表型的重要因素。自然界中不同物種或個(gè)體之間的基因轉(zhuǎn)移(重配)和重組時(shí)常發(fā)生,成為物種進(jìn)化的一種動(dòng)力。自然界中基因轉(zhuǎn)移與重組的方式有很多,包括細(xì)菌與細(xì)菌間的結(jié)合作用、病毒侵染細(xì)胞時(shí)的轉(zhuǎn)導(dǎo)作用、由插入序列和轉(zhuǎn)座子介導(dǎo)的基因移位與重排、病毒組裝過(guò)程中的重配現(xiàn)象以及不同DNA分子間發(fā)生的基因重組。圍繞基因組重組(重配)現(xiàn)象來(lái)探討RNA和DNA基因組分子進(jìn)化機(jī)制具有重要意義。為了更好地了解重組現(xiàn)象對(duì)不同類型基

2、因組進(jìn)化的影響,我們需要對(duì)RNA和DNA這兩種不同類型基因組序列進(jìn)行重組檢測(cè)。本研究通過(guò)對(duì)線粒體基因組的測(cè)序,結(jié)合公共數(shù)據(jù)庫(kù)釋放的序列,利用生物信息學(xué)分析手段對(duì)RNA病毒與鳥類線粒體基因組重組(重配)現(xiàn)象進(jìn)行分析與解釋,并分別討論重組(重配)所引起的基因組改變以及對(duì)物種進(jìn)化歷史重建和群體遺傳選擇模式的影響。
　　在本研究中,以禽流感病毒 H6N1和中東冠狀病毒 MERS-CoV為例探討 RNA基因組的重配與重組現(xiàn)象,以雁形目鳥類線

3、粒體基因組為例探討DNA基因組重組現(xiàn)象?；谇萘鞲胁《救蚬蚕頂?shù)據(jù)庫(kù)、NCBI的 GenBank數(shù)據(jù)庫(kù)以及后生動(dòng)物線粒體基因組數(shù)據(jù)庫(kù)(METAMIGA),我們著重探討以下問(wèn)題:(1)首例人感染禽流感病毒 H6N1的基因組特征和重配來(lái)源;(2)中東冠狀病毒基因組特征、重組分析和基因進(jìn)化選擇模式研究;(3)雁形目鳥類線粒體基因組重組分析。主要的研究結(jié)果如下:
　　1.人感染禽流感病毒H6N1的基因組特征和重配來(lái)源分析
　　研究結(jié)

4、果:本研究首次報(bào)道了人感染禽流感病毒 H6N1的重配起源以及與致病性相關(guān)的基因組特征。系統(tǒng)發(fā)育分析結(jié)果顯示,首例人感染 H6N1病毒(A/Taiwan/2/2013/H6N1)是由H6N1病毒系與H5N2病毒重配而來(lái),除了PB1基因以外,其余7個(gè)基因組片段均來(lái)源于從雞中分離出的 H6N1病毒(A/chicken/Taiwan/A2837/2013)。這兩例H6N1病毒來(lái)源于03-04年H6N1病毒譜系、09-10年H6N1病毒譜系以及個(gè)

5、別12年H5N2病毒的多重重配事件,雖然此次重配并沒(méi)有引發(fā)大規(guī)模的H6N1禽流感流行病,我們推測(cè)其來(lái)源于03-04年H6N1譜系的表面抗原蛋白編碼基因 HA以及來(lái)源于09-10年 H6N1譜系的神經(jīng)氨酸酶編碼基因NA并沒(méi)有造成H6N1的抗原性發(fā)生明顯的轉(zhuǎn)變。此外,本研究發(fā)現(xiàn)人感染H6N1病毒表面血凝素受體結(jié)合位點(diǎn)存在個(gè)別與其他 H6N1病毒所不同的特殊氨基酸,例如受體結(jié)合位點(diǎn)上游186(H3)的位置,分析發(fā)現(xiàn)一個(gè)特殊的脯氨酸(Proli

6、ne, P)到亮氨酸(Leucine, L)的突變可能在一定程度上改變了H6N1病毒與宿主受體識(shí)別和結(jié)合的親和力。
　　2.中東冠狀病毒基因組特征、重組分析和基因進(jìn)化選擇模式
　　研究結(jié)果:本研究的32條MERS-CoV基因組序列,共有250個(gè)單核苷酸多態(tài)性位點(diǎn),Bisha1/2012和Riyadh1/2012在開(kāi)放閱讀框ORF4b基因上各有一段17個(gè)核苷酸的缺失, England-Qatar/2012和 England1/

7、2012在核衣殼蛋白編碼基因(nucleocapsid,N)上各有一段6個(gè)核苷酸的缺失。根據(jù)系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系和多態(tài)性位點(diǎn)將MERS-CoV分為A、B、C和D四個(gè)基因型以及一個(gè)過(guò)渡基因型。此外,本研究發(fā)現(xiàn)中東冠狀病毒 RNA基因組與 BtCoV/133/2005、BtCoV/HKU4-1、BtCoV/HKU5-1和 ErinaceusCoV/2012-216/GER/2012之間存在重組信號(hào),但MERS-CoV內(nèi)部卻未發(fā)現(xiàn)自信度較高的重組點(diǎn),

8、這為研究病毒基因進(jìn)化過(guò)程所經(jīng)歷的選擇模式研究提供了前提條件。此外,本研究發(fā)現(xiàn)膜糖蛋白(membrane glycoprotein, M)在進(jìn)化過(guò)程中經(jīng)歷正選擇的壓力,數(shù)據(jù)都表明M基因經(jīng)歷了一個(gè)階梯式的進(jìn)化過(guò)程,膜糖蛋白在病毒侵染前期通過(guò)自身改變更好的適應(yīng)宿主,之后處于收到的功能約束較弱,經(jīng)歷中性選擇進(jìn)化。在MERS-CoV中,ORF3閱讀框可能編碼結(jié)構(gòu)蛋白或者編碼干擾素拮抗物來(lái)調(diào)節(jié)體內(nèi)病毒基因組復(fù)制效率或病原性,其在基因型 B和基因型

9、C的進(jìn)化過(guò)程中,明顯的受到正選擇的作用,研究認(rèn)為在第一時(shí)期,該基因經(jīng)歷了從負(fù)選擇到正選擇進(jìn)化的改變,推測(cè)該蛋白在適應(yīng)宿主過(guò)程中具有重要作用。
　　3.雁形目鳥類線粒體基因組重組分析
　　研究結(jié)果:本研究測(cè)得三種雁形目鳥類線粒體基因組(豆雁、鴻雁和鴛鴦),對(duì)其進(jìn)行基因組結(jié)構(gòu)與特征分析、雁形目系統(tǒng)發(fā)育和地理分布分析等,這都為進(jìn)一步對(duì)雁形目鳥類線粒體基因組進(jìn)行重組分析奠定了基礎(chǔ)。本研究發(fā)現(xiàn)在20條線粒體基因組中共有5條基因組序列發(fā)