SARS冠狀病毒的分子進(jìn)化研究.pdf

1、嚴(yán)重急性呼吸綜合癥(SARS)冠狀病毒是一種重要的新生病原體，其進(jìn)化研究對(duì)預(yù)防和控制這一烈性傳染病具有重要意義。在本研究中，我們?cè)赟ARS冠狀病毒毒株基因組的系統(tǒng)發(fā)育重建、S蛋白的適應(yīng)性進(jìn)化檢測(cè)、以及受體結(jié)合域結(jié)構(gòu)變異的功能效應(yīng)等方面進(jìn)行了探索。 為了探索SARS冠狀病毒基因組的進(jìn)化史，我們構(gòu)建了迄今為止最大的SARS冠狀病毒完整基因組非冗余序列聯(lián)配數(shù)據(jù)集。在此基礎(chǔ)之上，又加入全部類SARS冠狀病毒毒株完整基因組序列，從而構(gòu)建了

2、第二個(gè)基因組數(shù)據(jù)集。 為了檢測(cè)各個(gè)毒株基因組之間是否發(fā)生過重組事件，我們采用五種算法對(duì)兩個(gè)基因組數(shù)據(jù)集進(jìn)行了自動(dòng)掃描，分析結(jié)果一致表明：在SARS冠狀病毒毒株之間、以及SARS冠狀病毒和類SARS冠狀病毒之間都沒有發(fā)生重組事件。換言之，全基因組的系統(tǒng)發(fā)育分析有著可靠基礎(chǔ)。 為了重建基因組的系統(tǒng)發(fā)育樹，我們對(duì)上述兩個(gè)數(shù)據(jù)集分別進(jìn)行了鄰接法和貝葉斯法分析。多種分析結(jié)果一致表明：以類SARS冠狀病毒作為外類群，則作為內(nèi)類群的S

3、ARS冠狀病毒的單系性質(zhì)得到了充分支持。在全部SARS冠狀病毒毒株之中，ZSA、ZSB和ZSC這三個(gè)SARS首次爆發(fā)早期分離的人源毒株最有可能是基部類群，因此它們對(duì)理解SARS冠狀病毒跨越物種屏障傳播的分子機(jī)制具有重要價(jià)值。 為了估算基因組替代速率，我們從基因組進(jìn)化樹選擇了5個(gè)具有準(zhǔn)確分離日期的代表性毒株，對(duì)其聯(lián)配數(shù)據(jù)集進(jìn)行了分子鐘假說的似然比檢驗(yàn)，結(jié)果表明該數(shù)據(jù)集服從分子鐘假說。于是重建了線性樹，估算出SARS冠狀病毒基因組的

4、替代速率是平均每個(gè)位點(diǎn)每天發(fā)生6.01105×10-6次替代事件，而分歧時(shí)間的估算則暗示在2002年11月3日已經(jīng)有SARS冠狀病毒侵入人群，與最早流行病學(xué)記錄的SARS病人2002年11月16日的出現(xiàn)日期非常一致。 為了檢測(cè)SARS冠狀病毒S基因位點(diǎn)特異性適應(yīng)性進(jìn)化，我們構(gòu)建了迄今為止最大的SARS冠狀病毒S基因完整編碼區(qū)的非冗余序列聯(lián)配數(shù)據(jù)集。在此基礎(chǔ)上，又選取了一些代表性毒株構(gòu)建了一個(gè)小型數(shù)據(jù)集。采用DATAMONKEY服

5、務(wù)器，對(duì)大型數(shù)據(jù)集進(jìn)行了單一似然祖先計(jì)數(shù)法分析，在P=0.1水平上發(fā)現(xiàn)了1個(gè)正選擇位點(diǎn)和5個(gè)負(fù)選擇位點(diǎn)；對(duì)包含23個(gè)毒株的小型數(shù)據(jù)集進(jìn)行了單一似然祖先計(jì)數(shù)法、固定效應(yīng)似然法和隨機(jī)效應(yīng)似然法分析，分別在P=0.1或貝葉斯因子BF=10水平上發(fā)現(xiàn)了1個(gè)、9個(gè)和18個(gè)負(fù)選擇位點(diǎn)，并且討論了它們可能的功能含義。 為了檢測(cè)SARS冠狀病毒S基因分支特異性適應(yīng)性進(jìn)化，我們構(gòu)建了一個(gè)小進(jìn)化尺度數(shù)據(jù)集和一個(gè)大進(jìn)化尺度數(shù)據(jù)集。采用DATAMONK

6、EY服務(wù)器的遺傳算法對(duì)這兩個(gè)數(shù)據(jù)集進(jìn)行了分支特異性的適應(yīng)性進(jìn)化檢測(cè)。結(jié)果一致表明，S基因在不同物種群體的不同傳播時(shí)期都經(jīng)歷了正選擇。為了探索S蛋白受體結(jié)合域結(jié)構(gòu)變異的功能效應(yīng)，我們對(duì)它同細(xì)胞受體或中和抗體形成的復(fù)合體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)生物信息學(xué)分析，模擬了受體結(jié)合域變異體和物種特異性的宿主受體之間的相互作用，計(jì)算結(jié)果同實(shí)驗(yàn)證據(jù)十分吻合，并且預(yù)測(cè)了一系列可能顯著提高復(fù)合體親和力的氨基酸突變用于抗病毒抑制劑研發(fā)設(shè)計(jì)，另外，還采用同源建模技術(shù)預(yù)測(cè)