11 孙秀梅 病毒基因序列的同源性比较

安徽农业大学综述性论文病毒基因序列的同源性比较的应用The Application of Homology Comparisonof Viruses Gene研究生：孙秀梅学号：11720717指导教师：潘玲副教授专业名称：基础兽医学所在学院：动物科技学院2011年11月病毒基因序列的同源性比较的应用摘要现代分子生物学技术的不断进步和革新极大地提高了人们分析和比较基因序列的能力。

这种趋势对病毒学的影响很深远，产生了一门叫做病毒分子生物学的学科，是用现代分子生物学的新理论、新技术和新方法对病毒基因组的结构和功能，基因组的复制、表达和调控，病毒与宿主的相互作用等进行研究的一门学科。

病毒分子生物学对现代分子生物学的研究发展做出了重大贡献。

它的研究成果揭示了病毒的感染、致病的分子本质，为病毒引起疾病的诊断、预防和治疗提供了重大的理论基础，促进了基因工程疫苗和抗病毒类药物的研制和发展。

DNA序列分析是分子生物学重要的基本技术。

无论从病毒基因中筛选的特定基因或经PCR法扩增的基因，最终均需进行核酸序列分析，可藉以了解基因的精细结构，获得其限制性内切酶图谱，比较病毒基因的同源性，进而分析基因的序列对形态功能等各生物学方面的影响。

目前采用的测序技术和策略存在着许多难以逾越的瓶颈问题。

以鸟枪法为主的随机测序方法为例，由于并行化程度大大提高，可以较快地对一个基因组完成测序，因此目前被大部分基因组测序中心所采用。

随着时间的推移，DNA测序技术无疑将日臻完善，这一便捷精确的方法将成为人们解决生物学问题的重要手段。

对本文就病毒基因序列的同源性比较这一方面的状况进行下综述。

关键词毒基因全基因序列同源性比较我们今天所讲的基因同源性是指不同的DNA分子由于进化上的原因，其核苷酸序列具有相同来源而具有的某些共性，表现在相应的位点具有相同的或相似的核苷酸残基。

基因序列分析是分子生物学重要的基本技术。

无论从病毒基因中筛选的特定基因或经PCR法扩增的基因，最终均需进行核酸序列分析，可藉以了解基因的精细结构，获得其限制性内切酶图谱，比较病毒基因的同源性，进而分析基因的序列对形态功能等各生物学方面的影响。

随着基因大规模自动测序的迅猛发展，序列数据爆炸性积累，以及生物信息学的产生与发展，对基因和蛋白序列资料中各种类型信息进行识别、储存、分析、模拟和分析等方面都得到了很大程度的提高，对于病毒基因序列的同源性比较及分析都有很大的帮助。

1.病毒基因组的研究进程1.1.病毒的发展简史关于病毒早在公元前1400年，古埃及象形文字就描述了一位司祭人员的病状是典型的脊髓灰质炎，即小儿麻痹症，这可能是对病毒学的最早记载[1，2]。

病毒学也随着现代生物技术的发展而发展，从1953年开始，人们沿着“病毒结构蛋白—基因组核酸—非结构蛋白”的路线研究病毒的侵染、致病、复制、遗传、变异的生化及分子机理，从而对最简单的生物本质有所了解[3]。

不得不提的是，20世纪的下半叶是发现病毒的黄金时代，1957年，马动脉炎病毒和导致牛病毒性腹泻的病毒（一种瘟病毒）被发现；1963年，巴鲁克·塞缪尔·布隆伯格发现了乙型肝炎病毒；1965年，霍华德·马丁·特明发现并描述了第一种逆转录病毒[1]；1983年，法国巴斯德研究院的吕克·蒙塔尼和他的同事弗朗索瓦丝·巴尔－西诺西首次分离得到了一种逆转录病毒，也就是现在世人皆知的艾滋病毒（HIV）。

其二人也因此与发现了能够导致子宫颈癌的人乳头状瘤病毒的德国科学家哈拉尔德·楚尔·豪森分享了2008年的诺贝尔生理学与医学奖[3]。

1.2.病毒基因组的研究史所谓的基因同源性是指不同的DNA分子由于进化上的原因，其核苷酸序列具有相同来源而具有的某些共性，表现在相应的位点具有相同的或相似的核苷酸残基。

20世纪60年代中至70年代初，人们开始探索核酸的复制、结构与基因产物的功能，利用蛋白质体外翻译体系了解基因产物和非编码区功能，但当时由于技术的限制只能对基因核酸末端或片段做序列分析[4，5]。

1976年比利时W.Fiers实验室首次发表了全长约3.5kb的MS2噬菌体单链RNA的全序列。

英国的F.Sanger先后发明了加减法和双脱氧终止法的DNA序列分析法。

将RNA用反转录酶合成互补DNA 的操作很快成为RNA序列分析的捷径[6]。

技术上的突破后，基因组小而多样性丰富的病毒自然成为进攻基因组全序列的最佳首选材料，短短十几年来，愈来愈多的真核病毒全序列不断报捷。

核酸是带有遗传密码的病毒基因组。

病毒依所含核酸种类不同可分为DNA病毒和RNA病毒。

DNA或RNA可以是线型的或环状的，可以是单链的或双链的。

RNA可以分节段或不分节段，单链RNA又分正链的和负链的。

进行DNA克隆取得目的DNA片段过程中，如果DNA携带未知基因的最小片段，就要进行序列分析。

DNA序列能够显示出ORF确切的起点和终点。

ORF的DNA序列能够告诉我们它所编码的蛋白质的序列[7，8]。

下面从人常见病毒序列同源性比较的应用（以HBV为例）、家禽常见病毒序列同源性比较的应用（以禽呼肠孤病毒为例）和（以新型甲型H1N1流感病毒为例）以及家畜常见病毒序列同源性比较的应用（以猪瘟病毒为例）的研究情况进行简单的叙述。

2.人常见病毒序列同源性比较的应用2.1.不同来源HBV病毒株基因的同源性分析我国最新的关于不同来源HBV病毒株的基因同源性研究，是通过分析HBV的全基因序列来分析我国HBV病毒株全基因组的同源性。

方法是在GenBank中调取中国各地递交的HBV病毒株的全基因序列24个，使用ClustalWl．83生物软件，对各HBV病毒株的全基因序列进行同源性比较，并建立基因进化树[9，10]。

乙型肝炎病毒(HBV)基因具有很高的基因异质性，同一地区的HBV之间的全基因序列相似性程度不高，并且和异地的HBV的基因序列的相似性程度比较，并没有显示更高的相似性。

不同地区的HBV病毒株的全基因序列并不一致，同一地区来源的HBV病毒株的全基因序列亦并不一致，甚至差别很大[11]。

3.家禽常见病毒序列同源性比较的应用3.1.禽呼肠孤病毒血清学相关性及S3基因序列同源性分析一般关于禽的呼吸道病毒，通常采用血清学交叉中和试验方法，最近的关于株禽呼肠孤病毒株CL(鸡源禽呼肠孤病毒)、YH和YB(鸭源禽呼肠孤病毒)及S1133(禽呼肠孤病毒标准株)之间抗原的相互关系；并对CL株的53基因进行克隆测序，用DNAsis和Presis等分析软件进行序列比较及推导氨基酸序列分析[12]。

早在1980Wood et 统计了来自美国、法国和日本的禽呼肠孤病毒的抗原相关性，当时发现了11个血清型，各血清型毒株之间具有共同的群特异抗原，存在大量的交叉反应[13]。

在国内，陈士友发现禽呼肠孤病毒不同毒株抗原位点的结构差异可以被单抗识别。

通过血清交叉中和试验和对病毒的s3基因的全序列分析，旨在为我国禽呼肠孤病毒所致疫病的防治提供理论依据。

各型之间交叉保护能力有限，只有同型疫苗才能对鸡呼肠孤病毒提供较好的保护。

因此，亟待利用分子生物学技术开展有关禽呼肠孤病毒的基因与蛋白质结构及功能方面的研究，在分子水平上分析禽呼肠孤病毒各分离株同源基因所编码的病毒多肽与毒株毒力之间的相互关系、病毒与宿主(细胞)相互作用的机制，病毒跨种间传播的分子演化规律，为该病的病原生态学研究、新型高效疫苗(基因工程疫苗)的研制及测报与防制打下坚实的理论基础[1]。

3.2.2009年新型甲型H1N1流感病毒全基因组序列重组分析及同源性比较我们最近比较关注的是2009年新型甲型H1N1流感爆发以来流感病毒的全基因组进化变异及重组情况。

一般从NCBI基因数据库下载2009年新型甲型H1N1流感病毒（A/H1N1）代表性全基因组序列,先用MEGA4.0软件对8个基因序列片段进行比对和拼接;然后将历史上流行的H1N1、H5N1、H3N2等不同宿主（人、禽、猪）的流感病毒全基因组序列用MEGA做比对拼接,并用NJ法构建进化树[14]。

自2009年3月爆发新型甲型H1N1流感以来,截至9月,病毒基因没有出现变异,同源性为99.69%～99.93%。

新型甲型H1N1病毒株PB2、PB1、PA、HA、NP和NS基因来源于近年来北美地区猪源人H1N同源性分别为95.25%,95.08%,95.21%,93.52%,95.23%,94.78%;NA和MP与欧洲地区猪H1N1同源性较高,分别为90.21%,94.43%。

全基因序列同源性分析发现2009年新型甲型H1N1流感病毒与北美地区猪H1N1病毒同源性最高,为92.22%[14]。

2009年新型甲型H1N1流感病毒是由2005年北美地区猪HINI病毒与欧洲猪H1N1的NA和MP片段重排进化而成，新病毒暂未发生变异，H1N1新流感疫苗具有保护作用[2]。

4.家畜常见病毒序列同源性比较的应用4.1.猪瘟病毒石门株动物传代脾毒与组织培养细胞毒E2基因序列的分析脾毒和标准石门株核苷酸序列的同源性为99．4％，氨基酸序列的同源性为99．o％；细胞毒与标准石门株核苷酸序列的同源性为98．3％，氨基酸序列的同源性为96．7％[15，16]。

由此说明，猪瘟病毒经猪体多次传代和组织培养致细胞病变后，均能保持遗传的稳定性。

猪瘟(classical swine fever)是由猪瘟病毒(classical swine fever virus，CSFV)引起的高度接触性传染病，其特征是小血管变性所导致的内脏器官多发性出血、坏死。

在群落传代过程中，RNA病毒基因组能够产生广泛的分子和抗原性改变。

虽然猪瘟病毒石门株经过多次猪传代，猪瘟病毒在遗传上表现出高度的稳定性，猪瘟基因的微小变化可能对猪瘟病毒分子流行病学有重要意义[15]。

CSFV感染只能专一性对猪致病，人工接种可使牛、绵羊、山羊和鹿等发生无症状感染。

究竟是由于猪体内和猪脐静脉病变细胞内的环境因素不同所引起，还是由细胞病变过程中其他因素所致，尚需进一步研究[16，17]。

无论在体外还是体内，猪瘟病毒都发生了一定程度的变异，但变异不明显，所以可以认为，猪瘟病毒在体内和体外都能保持其遗传的稳定性。

5.应用前景随着基因大规模自动测序的迅猛发展，序列数据爆炸性积累，以及生物信息学的产生与发展，对基因和蛋白序列资料中各种类型信息进行识别、储存、分析、模拟和分析等方面都得到了很大程度的提高，对于病毒基因序列的同源性比较及分析都有很大的帮助。

而病毒基因序列同源性的比较，对于它的研究成果揭示了病毒的感染、致病的分子本质，为病毒引起疾病的诊断、预防和治疗提供了重大的理论基础，促进了基因工程疫苗和抗病毒类药物的研制和发展。