猪瘟病毒基因组编码区生物信息学研究

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猪瘟是由猪瘟病毒(Classical Swine Fever Virus, CSFV)引起的一种无季节性高病发率、高死亡率的接触性病毒传染病,严重危害全球养猪业。在缺少CSFV毒力、病毒自身复制机制及致病机理等相关先验知识的情况下,生物信息学研究可从有科学依据的角度对CSFV基因组编码区进行全面的扫面,有利于今后CSFV更为具体的分子生物学研究。本研究基于较长的时间段及较大流行区域的病毒数据样本,首先通过选择压力及重组分析,对影响猪瘟病毒进化的因素进行探究,结果显示编码区基因编码的12个蛋白的选择压力测度参数ω(非同义-同义置换速率比值)均低于1,表明各蛋白中的大多数位点承受净化选择压力但进化速率不同;而在蛋白Npro, Erns, E1, E2, NS5A中分别发现了2,4,1,6,1个正选择位点,且多数正选择位点位于抗原蛋白,表明CSFV的适应性进化与宿主免疫应答有关。重组分析的结果共检测出4株重组毒株,其中3株为新发现,分别为HCLV/99, ALD和SWH,其重组区域所涉及到的基因组主要编码与CSFV免疫和病毒毒力相关的蛋白,且重组的确改变了重组株所在的进化树分支;而蛋白NS3、NS4A和NS4B的编码区均没有发现重组痕迹,其遗传距离较短,进化程度较低。这些结果表明重组可能改变CSFV毒力,并影响CSFV的遗传进化。由此可见,CSFV针对宿主免疫系统的选择压力而产生的突变和重组推动了病毒编码区基因的进化。随后本研究基于信息量法,对CSFV编码区基因组进行分析,结果显示Npro,C,Ems, El, E2, p7, NS2, NS3, NS4A, NS4B, NS5A和NS5B中分别包含29,9,37,25,41,8,65,115,6,50,59,和103个最大信息量(HA)氨基酸位点,遵从最大熵原则,我们推测具有最大HA的氨基酸位点在其所在基因片段所具有的功能中具有重要意义。最后研究针对CSFV的主要抗原蛋白Ems和E2蛋白,将强毒株与弱毒株的一级结构及以一级结构为基础的高级结构进行分析比较,结果在氨基酸组成及理化性质分析中,Ems蛋白仅有Alfort (J04358)毒株在样本中最为特殊,且属于基因型Ⅱ型,说明CSFV不同基因型间的Ems氨基酸组成及理化性质存在很大区别,同基因型间差异较小;二级结构比较结果显示,猪瘟兔化弱毒株特有氨基酸位点中只有Ems蛋白中第164位影响其二级结构形成,推测其可能与Ems蛋白末端的转位功能有关;三级结构比较显示,猪瘟兔化弱毒株独有氨基酸位点中只有E2蛋白中第364位影响其三级结构形成,且处于E2蛋白跨膜区域,我们推测此差异位点可能与E2蛋白的跨膜功能有关,从而影响宿主固有免疫应答强度。本研究为疫苗靶标的研究与日渐趋于复杂的CSFV流行病学研究提供了研究基础。
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