【摘 要】
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病毒作为微生物的重要组成部分,不仅能够引起宿主多种类型的感染,同时对人类和动物机体的内稳态、生理健康发挥着至关重要的作用。近年来多种新发传染病都是由动物源性的新型病毒引起,加之各种危害人类健康的自然疫源性疾病的频繁出现,发现新病毒以及持续监测和掌握自然宿主携带的病毒本底极其重要。病毒宏基因组学(Viral metagenomics,VM)是宏基因组学在病毒领域的应用,是病毒发现、追踪和溯源的有力工
【基金项目】
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国家自然科学基金(编号:32022083);
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病毒作为微生物的重要组成部分,不仅能够引起宿主多种类型的感染,同时对人类和动物机体的内稳态、生理健康发挥着至关重要的作用。近年来多种新发传染病都是由动物源性的新型病毒引起,加之各种危害人类健康的自然疫源性疾病的频繁出现,发现新病毒以及持续监测和掌握自然宿主携带的病毒本底极其重要。病毒宏基因组学(Viral metagenomics,VM)是宏基因组学在病毒领域的应用,是病毒发现、追踪和溯源的有力工具。合适的病毒宏基因组学技术和方案能够有效提高病毒组研究的效率和准确性。目前国际上针对不同目的的病毒宏基因组分析建立了多种病毒组学研究策略,但它们在检测各种病毒及其丰度上的性能还未得到系统的比较与评价。本研究以五种已知病毒为测试对象,构建了含有不同滴度和不同核酸类型的病毒组人工模拟样品,系统评价和比较了四种病毒组学方法——宏转录组法(Meta-transcriptome,MTT)、宏基因组法(Metagenomic,MTG)、单引物扩增法(Sequence-independent amplification,SIA)和多重置换扩增法(Multiple displacement amplification,MDA)的特异性、灵敏性和全基因组覆盖能力;探究病毒载量、测序深度与reads数量和覆盖度的对应关系。在此基础上应用这四种方法对新疆喀什地区喜马拉雅旱獭肠道样品进行了病毒宏基因组分析,以此检验对四种方法的评价效果,为今后应用病毒组学技术提供数据支撑及可选方案,同时根据病毒组结果,还对具有潜在意义的病毒进行检测以及遗传演化分析。结果表明,对已知载量的病毒组模拟样品进行测序时,MTT法的灵敏度最高,且MTT法和MDA法在灵敏度及覆盖度方面要优于SIA法和MTG法。MTT法对RNA病毒特异性及覆盖度均较高;SIA法则对RNA、DNA病毒均有捕获能力,但相较于MTT和MDA法reads检出率较低;MTG和MDA法对DNA病毒特异性强,MDA对环状DNA病毒有较强的覆盖度和检出率;随后通过应用这四种病毒组学方法对31只旱獭肠道样品进行病毒组学分析,结果发现30个科的病毒,其中12个为脊椎动物病毒科,6个为植物病毒科,昆虫病毒科和噬菌体分别有1个和12个。四种方法测试临床样品得到的结果与模拟样品的结果一致。根据病毒组结果,挑选7种病毒进行检测,发现旱獭肠道样品阳性率最高的为博卡细小病毒(93.5%),其次是圆环病毒(71%)。重点对具有潜在意义的星状病毒、甲型肝炎病毒、腺病毒、博卡细小病毒进行遗传进化分析,发现星状病毒、腺病毒都与已知病毒具有明显的遗传差异性,为病毒新种;而甲型肝炎病毒、博卡细小病毒与参考毒株差异较小。综上所述,在进行全病毒组研究时,可以单独采用SIA法,或者MTT结合MDA法,后者虽然增加了研究成本,但具有更高的灵敏度。无论哪种方法,病毒的载量与测序reads数量以及覆盖度均呈正相关,说明reads数量能反映病毒群落组分的丰度,此外,加大测序深度也能够有效提高病毒reads的检出能力及覆盖度。同时应用四种病毒组学方法对旱獭肠道进行了较为全面细致的病毒组分析验证了四种病毒组学方法的应用场景,对部分病毒的流行率和遗传进化分析,揭示了新疆地区旱獭携带病毒的流行本底,丰富了对该动物携带病毒多样性的认识。
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