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《中国疾病预防控制中心》 2017年
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基于高通量测序的病毒分子进化研究

刘林  
【摘要】:高通量测序技术的飞速发展使其在病毒学研究领域得到了越来越广泛的应用。无论是突发疫情的应急处理、新病毒的发现,还是较大规模的分子流行病调查,高通量测序技术都比一代测序技术有着巨大的优势。SFTS病毒(SFTSvirus,SFTSV)是2009年在中国新发现的一种布尼亚科白蛉病毒属的蜱传病毒,为新发传染病发热伴血小板减少综合征(Severe fever with thrombocytopenia syndrome,SFTS)致病病因,现在在中国至少20个省流行。从2012年开始在日本和韩国也有多例SFTS病例的报道。在SFTSV被发现之后,以美国Heartland病毒为代表的多种与SFTSV亲缘关系较近的白蛉病毒被陆续发现。SFTSV作为在白蛉病毒属中新出现的这一组病毒的代表,其分子进化机制研究十分必要。本文第一部分采用高通量测序完成了 72份SFTSV样本(包括42份血清样本、30份细胞培养毒株样本)的全基因组测序,平均测序深度达10000×以上。我们对本研究新获得序列和ViPR数据库中所有SFTSV全长基因组序列的数据集进行了生物信息学分析。首先我们明确划分了 SFTSV的6个基因型,结合其地理分布,发现了病死率高的日本、韩国和中国浙江的绝对主导流行基因型的是F型,大别山区周围的河南、湖北、安徽三省是A型SFTSV流行的主要区域,而山东、辽宁是B型的主要流行区域,处于上述三个地域中间的江苏、安徽两省流行的基因型别最丰富。大量的SFTSV重配和重组毒株在本研究中被发现,其中重配毒株23株,占所分析数据集的7.7%,重组事件37个,是在负链分节段RNA病毒中首次报道这样高重组频率的病毒(L片段5.1%、M片段3.6%、S片段0.8%)。本文也首次报道了宿主为动物的SFTSV重组株和重配株。本文确定了 SFTSV的总体进化选择压力来自阴性选择,并找出了 SFTSV基因组中的52个阳性选择位点。我们同时也发现了多个SFTSV基因型特异的突变位点,并提出F型GP蛋白的两个特异性突变T501S和P662S是很有可能造成F型高致病性的突变位点。我们也发现了大量的共突变位点,并在系统发生树中找出了对应的分支。最后,我们使用BEAST软件对SFTSV进行时空溯源分析,发现SFTSV起源于18世纪初期,最有可能的起源地是浙江省(约50%可能性),F型是最原始的基因型。综合上述分析,我们对SFTSV的基因型地理分布、进化驱动力和进化起源有了全面的了解,为SFTSV的预防控制提供了分子进化基础,也为研究其他新发现的蜱传白蛉病毒提供了可参考的数据和思路。寨卡病毒(Zika virus,ZIKV)是一种黄病毒科黄病毒属的蚊媒病毒。通过病毒垂直传播感染胎儿,可引发小头畸形等出生缺陷。2015年以来,寨卡病毒在南美巴西暴发,WHO将寨卡病毒病的暴发作为“国际关注的突发公共卫生事件”。目前已累计有70多个国家和地区有疫情报道。2016年2月,中国首次报道了寨卡输入病例。截止目前,我国已确诊寨卡病毒感染患者24例。在本文第二部分中,我们从2016年2月一例中国的输入性寨卡病例中,分离并鉴定了一株寨卡病毒,结合高通量测序和RACE技术,完成了病毒全基因组测序,获得一株寨卡病毒ZKC2/2016株的完整全长序列。ZKC2/2016株全长10807bp,属于亚洲型,RNA二级结构预测显示它的3'非编码区(UTR)有多个茎环结构。E蛋白和NS5蛋白的系统发育分析显示,中国现有的9株ZIKV在亚洲型的进化分枝中形成了三个小的簇(cluster)。结合病毒分子进化分析和流行病学分析,结果显示中国这三个ZIKV簇之间,流行病学传播路径和特有突变位点都有显著差异。进而确定了目前中国寨卡病毒的两个不同传播来源,即2013年的南太平洋群岛寨卡病流行和2014-2015年在南美洲和中美洲的流行。另外,为研究存在争议的ZIKV全长基因组长度问题,本文使用多序列比对和RNA二级结构预测等方法,比较了 GenBank中声称是全长基因组的所有ZIKV毒株,发现了不同长度的ZIKV基因组主要差别在于5'和'3的UTR区长度,少于10790bp的基因组都极有可能不是完整的基因组,因为它们缺少了在黄病毒科保守存在的在RNA复制过程中有重要功能的5'和3'UTR区的RNA二级结构。综上所述,本研究成功应用高通量测序技术获得病毒基因组序列,结合分子进化分析方法,对SFTSV和ZIKV的基因组特点、系统发生、基因突变等方面进行研究,为认识甚至预测其进化规律提供了重要见解。
【学位授予单位】:中国疾病预防控制中心
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:R373

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