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水生呼肠孤病毒感染多种水生动物,是水产养殖业健康发展的重要威胁之一。在从患病的大菱鲆中分离到一株水生呼肠孤病毒(Scophthalmus maximus reovirus,SMReV),对其形态结构,理化性质研究的基础上,测定了其全基因组序列。并通过缺失突变、细胞形态及荧光观察等研究了与细胞融合相关的小跨膜蛋白(fusion associated smalltransmembrane protein,FAST)和病毒加工厂的形成。对水生呼肠孤病毒引起细胞融合及其复制的相关机理有了新的认识,主要结果如下:
1、SMReV的特性。从患病的大菱鲆中分离到一株水生呼肠孤病毒(SMReV)。该病毒具有水生呼肠孤病毒的典型形态特征和理化性质,可在多种鱼类培养细胞系,如草鱼鳍条细胞(Grass carp fins,GCF),鲑鱼胚胎细胞(Chinook salmon embryo,CHSE-214)中增殖,最适温度为20℃。病毒感染引起培养细胞的融合。病毒粒子呈正二十面体结构,直径约70-80nm,无囊膜,对一定温度(56℃)和PH(3,11)不敏感。
2、SMReV基因组的组织结构。SMReV的全基因组共含24,042bp,由11条分节段的dsRNA组成,各个节段均具有保守的5’GUUUUA和3’UCAUC序列。各节段大小从S1-S11依次为:3,947bp;3,866bp;3,687bp;2,640bp;2,241bp;2,057bp;1,399bp;1,317bp;1,118bp;986bp;784bp。其中M4节段长度大于已知序列信息的其它水生呼肠孤病毒相应节段。
3、SMReV与其它水生呼肠孤病毒的序列比对及进化分析。推导的氨基酸序列分析显示,SMReV编码蛋白与其它水生呼肠孤病毒编码蛋白的相似度最低为13%,最高为94%,其中与淡水鱼来源的呼肠孤病毒相似度较低,而与海水鱼来源的呼肠孤病毒相似度较高。结合进化树分析表明SMReV属于水生呼肠孤病毒A类型的病毒。基于VP7的进化树分析可将水生呼肠孤病毒按宿主来源分为两类:一类是来源于海水鱼的水生呼肠孤病毒,另一类是来源于淡水鱼的水生呼肠孤病毒。
4、SMReV使用非经典起始密码子编码细胞融合相关小跨膜蛋白(FAST)。体外表达SMReV S7节段cDNA可以引起鱼类培养细胞的融合。通过对S7节段进一步的缺失和突变实验证明,在SMReV基因组节段S7上存在一个非经典的翻译起始位点(CUG),该位点位于S7的17-19位碱基,从而使S7节段上出现一个起始于17位碱基,终止于613位碱基的ORF,编码一个推定分子量为22kDa的蛋白(NS22)。另外,体外表达草鱼呼肠孤病毒873株(GCRV-873)S7节段编码的蛋白NS16也可以诱导鱼类培养细胞的融合,表明NS22和NS16均为水生呼肠孤病毒的FAST蛋白。
5、大菱鲆呼肠孤病毒(SMReV)和草鱼呼肠孤病毒(GCRV)病毒加工厂形成的研究。体外表达SMReV和GCRV-873 S4节段编码的非结构蛋白NS88和NS80,均能在细胞质中形成类似病毒加工厂的聚集状结构。进一步通过荧光标签定位分析发现,这两种病毒编码的NS88和NS80均能分别招募其S9节段编码的非结构蛋白NS38-s和NS38-g。对GCRV NS80的检测显示,NS80在病毒感染和体外表达时均有多种不同大小的表达形式。N端缺失突变体的定位分析表明,缺失了N端417位氨基酸后的NS80仍能在胞质中形成聚集状结构,缺失了N端504位氨基酸后的NS80形成的聚集状结构进入了细胞核,而缺失了N端614位氨基酸后的NS80在细胞中呈弥散状分布。通过不同荧光标签检测了NS80和病毒表达的其它蛋白同时体外表达时的细胞定位,结果显示,除了可以和NS38-g共定位外,NS80还与VP1,VP2和VP3有明显的共定位。进一步的分析表明,NS80上1-15位氨基酸序列与和NS38-g的共定位有关,550-742位氨基酸序列与和VP1及VP2的共定位有关,56-85位氨基酸序列与和VP3的共定位有关。另外,NS38-g N端20-39位保守氨基酸序列与和NS80的共定位有关。
综上所述,本研究阐明了大菱鲆呼肠孤病毒的基因组组织结构,其引起细胞融合的分子机理以及两种水生呼肠孤病毒编码蛋白在病毒加工厂形成中的作用,对深入了解水生呼肠孤病毒的分布,其致病的分子机理提供了理论依据。