猪圆环病毒基因组结构与功能研究进展_代振江

代过程中首次发现了 PCV1，PCV1 无致病性，但可在 动物体内广泛存在［1］。PCV2 为导致猪群发生仔猪断
复制和转录，因此对其基因组结构和功能的解析具有 重要的意义。本文对近年来相关文献进行综述，以期
奶后多系统衰竭综合征 （ PMWS） 、渗 出 性 表 皮 炎、 为 PCV 的致病机制、分子生物学和新型疫苗的研究
皮炎肾病综合征等疾病的主要病原，这类跟 PCV2 相 关的疾病统称作猪圆环病毒相关疾病 （ PCVAD） ［2］。 OＲF1 和 OＲF2 是 PCV 基因组的 2 个主要开放阅读
提供参考。
1 PCV 基因组结构
框，其中 OＲF1 编码病毒的 Ｒep 蛋白和 Ｒep’蛋白，
PCV 基因组是一条共价结合形成的闭环状单股
·152·
Animal Husbandry ＆ Veterinary Medicine 2016 Vol. 48 No. 3
OＲF9 和 OＲF11 在 5' －3' 方向相同，位于病毒基因组 互补链上，这些阅读框相互重叠，使圆环病毒的遗传 物质得到了充分的利用。
图 1 参考基因组序列 （ AF027217） 绘制的 PCV2 基因组结构图谱
櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔
［29］ Xiao B，Han F，Wang HT，et al． Single － prolonged stress induces
［31］ Li DQ，Li XJ，Duan JF，et al． Wuling Capsule promotes hippocam-
2 病毒编码的主要蛋白
2. 1 OＲF1 编码的蛋白 OＲF1 基因编码两种与病毒复制相关的非结构蛋
白，称为复制酶相关蛋白，这两种蛋白来源于不同的 OＲF1 转 录 产 物， 完 整 的 包 含 945nt 的 OＲF1 编 码 314aa 的 Ｒep 蛋白，拼接的转录产物 537nt 编码截短 的 C 末端转移的 178aa 的 Ｒep'［7－8］。Ｒep 基因的基因 启动子位于 640 位 ～ 796 位核苷酸区域，该区域包含 干 扰 素 刺 激 应 答 元 件 （ IFN － stimulated response element，ISＲE） ，位于 742 位 ～ 753 位核苷酸片段内， 提示细胞因子可能对 Ｒep 基因存在调控作用［9］。Ｒep 和 Ｒep'蛋白共有与典型滚环复制 （ ＲCＲ） 相关的 3 个 保 守 基 序 Ⅰ （ FTLNN ） 、 Ⅱ （ HLQG ） 、 Ⅲ （ YCSK） ，此 外 Ｒep 蛋 白 还 包 含 一 个 dNTP 的 P 环 （ P －loop） 结构，这些结构对于维持 Ｒep 蛋白的功能 至关重要，突变或缺失均会影响病毒的复制，这也进 一步证明 PCV DNA 进行滚环式复制［10］。对圆环病毒 Ｒep 蛋白进行系统进化树分析，推测认为圆环病毒 Ｒep 蛋白是矮化病毒属病毒的 Ｒep 蛋白与微小核糖核 酸样病毒编码的 ＲNA 绑定蛋白或原核细胞源性的解 旋酶的重组产物，有趣的是，Ｒep'蛋白中的移码位点 正是预测的病毒重组位点［11］。在很多其他单链 DNA 病毒中也发现了通过不同的剪辑方式合成产生不止一 个 Ｒep 蛋白的现象，但是不同的是，Ｒep 蛋白不能单 独启动猪圆环病毒的复制，而是由 Ｒep 蛋白与 Ｒep'
苷酸 组 成，目 前 出 现 了 新 的 1 766 个 核 苷 酸 的 病 毒［4］。PCV1 与 PCV2 两种基因型的核苷酸序列非常 保守，同源性皆在 90% 以上，而两种基因型之间的 核苷酸序列相似性却低于 80%，氨基酸的同源性小 于 76%［5－6］。PCV1 和 PCV2 基 因 组 内 含 11 个 潜 在 OＲFs，PCV2 各 OＲF 位置如图 1 所示。其中，OＲF1、 OＲF5、OＲF7 和 OＲF10 在 5' － 3' 方向相同，位于病毒 基因组的负链上，OＲF2、OＲF3、OＲF4、OＲF6、OＲF8、
increased phosphorylation of extracellular signal－regulated kinase in
pal neurogenesis by improving expression of connexin 43 in rats ex-
a rat model of post － traumatic stress disorder ［J］． Molecular Medicine Ｒeports，2011，4 （ 3） ： 445－449． ［30］ Gadek － Michalska A，Bugajski J． Ｒepeated handling，restraint，or chronic crowding impair the hypothalamic － pituitary － adrenocortical response to acute restraint stress ［J］． Journal of Physiology and Pharmacology，2003，54 （ 3） ： 449－459．
OＲF3 基因 位 于 PCV 的 OＲF1 区 域 内，但 是 与 OＲF1 的转 录 方 向 相 反，但 PCV1 和 PCV2 的 OＲF3 分别编码由 206 个氨基酸和 104 个氨基酸组成的蛋白 质，分子质量分别为 23. 2 ku 和 11. 9 ku。OＲF3 大小 的不同使得人们更加关注其对于病毒致病力的影响。 Liu 等发现 OＲF3 所编码的蛋白与 OＲF1 和 OＲF2 编码 的蛋白存在一定程度的相互作用，他们通过点突变将 OＲF3 缺 失， 并 通 过 质 粒 拯 救 病 毒 技 术 研 究 发 现 OＲF3 的缺 失 并 不 能 影 响 病 毒 的 复 制［17－18］。为 研 究
posed to chronic unpredictable mild stress ［J］． Zhong Xi Yi Jie He Xue Bao，2010，8 （ 7） ： 662－669． ［32］ Jaggi AS，Bhatia N，Kumar N，et al． A review on animal models for screening potential anti － stress agents ［J］． Neurol Sci，2011，32 （ 6） ： 993－1005．
和精简而高效的基因组结构引起众多国内外专家学者的广泛研究，本文参考 NCBI 上公布的 PCV2 序列绘制了 PCV2 基因组结构图谱，就相关基因
的结构和功能进行综述，并就与病毒复制、病毒免疫原性、病毒致病力等功能相关的基因进行了归纳和总结，以期能为 PCV2 分子生物学和新型
疫苗的研究提供参考。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
关键词： 猪圆环病毒； 基因组结构； 蛋白质功能
畜牧与兽医 2016 年 第 48 卷 第 3 期
·151·
代振江，王伟丞，曾智勇． 猪圆环病毒基因组结构与功能研究进展 ［J］． 畜牧与兽医，2016，48 （ 3） ： 151－154 Dai Z J，Wang W C，Zeng Z Y，et al． Ｒesearch progress on genomic structure and function of porcine circovirus type 2 ［J］． Animal Husbandry ＆ Veterinary Medicine，2016，48 （ 3） ： 151－154
的 共 同 参 与 从 而 启 动 病 毒 的 复 制 的［12］。 然 而， Cheung 等在大肠杆菌中分析以 PCV 为基础的质粒复 制时却发现，经由 PCV 原点的复制在仅有 Ｒep 蛋白 的存在下也可以发生［13］。 2. 2 OＲF2 编码的蛋白
OＲF2 基 因 主 要 编 码 病 毒 的 衣 壳 蛋 白 （ Cap 蛋 白） ，其分子量大小约为 27. 8 ku，位于 DNA 的互补 链上，该蛋白与宿主细胞的病毒受体结合，与病毒的 感染密切相关； 也是病毒的主要结构蛋白，与病毒的 免疫原性有关。因此，该蛋白是研制 PCV2 疫苗和检 测 PCV2 特异性免疫反应的血清学诊断方法的靶蛋 白。目 前， 对 PCV 病 毒 的 OＲF2 序 列 分 析 表 明， PCV1 的 OＲF2 编 码 230 ～ 231 个 氨 基 酸 残 基， 而 PCV2 的 OＲF2 编码 233 ～ 234 个氨基酸残基； 两基因 型之间核苷酸序列相似性为 67%，推导氨基酸同源 性为 65%。与 OＲF1 比较，有较大的变异，推测其原 因可能是衣壳蛋白的变异与病毒的致病性有关，推断 的依据在于衣壳蛋白是病毒侵入细胞与宿主细胞蛋白 因子相互作用的决定因素。序列分析发现，在 Cap 蛋 白的氨基酸 N 端是精氨酸富集区，序列高度保守。 Khayat 等研究发现，这段氨基酸位于病毒粒子的内表 面，推测在病毒的组装过程中与基因组 DNA 的相互 作用有关［14］。用昆 虫 杆 状 病 毒 载 体 在 昆 虫 细 胞 中 表 达的 Cap 蛋白时，发现蛋白能够自动组装成 VLPS， 这种特性有助于 PCV2 亚单位疫苗的开发［15］。近期 有学者提出 Cap 蛋白编码序列的改变可能与病毒的致 病性有关，该学者将一株 PCV2 分离株在 PK － 15 细 胞系传代 120 代时，发现病毒的复制能力较亲本毒株 大大提高； 通过测序发现在 Cap 蛋白编码序列中出现 了两个突变位点，110 位上的脯氨酸 （ P ） 突变为丙 氨酸 （ A） 和 191 位 的 精 氨 酸 （ Ｒ） 突 变 为 丝 氨 酸 （ S） ； 将亲本毒株与传代毒株分别接种 SPF 猪，发现 传代毒株并没有出现亲本毒株所致猪体产生的病毒血 症以 及 相 关 的 组 织 病 变 损 伤，所 以 认 为 P110A 和 Ｒ191S 这两个突变使得病毒在体外细胞上的复制能力 增强，而在体内的致病能力减弱［16］。 2. 3 OＲF3 编码的蛋白
与病毒的复制有关，PCV 基因组正是在 Ｒep 与 Ｒep’ 负链 DNA。PCV1 全基因组由 1 759 或 1 758 个核苷
酸组成，PCV2 全基因组由长由 1 768 或者 1 767 个核
收稿日期： 2015－10－28 基金项目： 国家自然科学基金项目 （ 31560688） ； 贵州省科学技 术厅项目 ［黔科合 LH 字 （ 2014） 7670］； 贵州省动物疫病防控与兽 医公共卫生保障科技创新人才团队 （ 黔科合人才团队 ［2015］ 4016 号） 作者简介： 代振江 （ 1991 －） ，男，土家族，在读硕士，研究方 向： 动物传染病病原分子生物学，E－mail： 792128405@ qq. com * 通信作者： 曾智勇 （ 1978 －） ，男，教授，博士，硕士生导师， 研究方向： 从事动物传染病病原分子生物学研究，E－mail： as. zyzeng @ gzu. edu. cn
猪圆环病毒基因组结构与功能研究进展
代振江1，王伟丞2，曾智勇1* ，汤德元1，梁海英1，刘钊1，徐国1，叶百川1
（ 1． 贵州大学动物科学学院，贵州 贵阳 550025； 2． 贵州省动物疫病控制中心，贵州 贵阳 550025）
摘要： 猪圆环病毒 （ PCV） 是单链环状 DNA 病毒，有 PCV1 和 PCV2 两种血清型，其中 PCV2 严重危害着世界养猪业。PCV2 因其严重的危害性
中图分类号： S855. 3
文献标志码： A
文章编号： 0529－5130（ 2016） 03－0151－04
猪圆环病毒属于圆环病毒科 （ Circoviridae） 圆环 病毒属，为 无 囊 膜 的 单 股 负 链 环 状 DNA 病 毒，长
及宿主细胞聚合酶的参与下，以滚环复制机制进行病 毒 DNA 的 复 制［3］。目 前 国 内 外 对 PCV2 的 OＲF1、
1 759 ～ 1 768 bp，是目前 为 止 发 现 的 最 小 的 动 物 病 OＲF2 和 OＲF3 研究报道较多，但 PCV2 的其它 OＲFs
毒。PCV 有 两 种 基 因 型， 分 别 为 PCV1 和 PCV2， 却鲜有报道。PCV 的基因组结构极其精简，但其能
Tisher 于 1974 年在 PK－15 细胞系 ATCC－CCL31 的传 够稳定高效地利用自身和宿主细胞的资源进行病毒的