水生病毒學(xué)研究取得進(jìn)展

蛙病毒（Ranavirus）是一類能跨種感染全球各地變溫動物（包括魚類、兩棲類、爬行類等）的核質(zhì)大DNA病毒（NCLDVs）成員，但其復(fù)制和轉(zhuǎn)錄機(jī)制在較大程度上仍屬未知。近日，中國科學(xué)院水生生物研究所水生病毒學(xué)學(xué)科組基于建立高效蛙病毒重組、基因復(fù)制及功能測試系統(tǒng)，以及從魚類細(xì)胞新生DNA中分離特定蛋白、重組病毒親和層析和納米熒光素酶NanoLuc互補(bǔ)及質(zhì)譜分析技術(shù)，鑒定并揭示了蛙病毒復(fù)制和轉(zhuǎn)錄機(jī)器的組織架構(gòu)及相關(guān)作用機(jī)制。

蛙病毒的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄機(jī)器是一個由至少30種病毒蛋白和6種宿主蛋白構(gòu)成的復(fù)雜裝置；其核心復(fù)制體由病毒DNA聚合酶 (vDPOL)、增殖細(xì)胞核抗原（vPCNA）、單鏈DNA結(jié)合蛋白（vSSB）、解旋酶/引物酶（vhelicase/primase）等構(gòu)成；而轉(zhuǎn)錄復(fù)合物的核心病毒RNA聚合酶則包含宿主RNA聚合酶II（RNAPII）亞單位Rpb3、Rpb6和Rpb11等蛋白；經(jīng)實驗驗證蛙病毒復(fù)制和轉(zhuǎn)錄機(jī)器中多種蛋白之間的關(guān)聯(lián)與相互作用（圖1）。

其中，轉(zhuǎn)錄復(fù)合物核心包含宿主聚合酶亞基，這在核質(zhì)大DNA病毒群【虹彩病毒科（Iridoviridae）、痘病毒科（Poxviridae）、非洲豬瘟病毒科（Asfarviridae）、藻類DNA病毒科（Phycodnaviridae）及擬菌病毒科（Mimiviridae）等】中屬首次涉及。研究進(jìn)一步證實，作為病毒DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的連接體與調(diào)節(jié)中心，蛙病毒復(fù)制體核心蛋白vDPOL可與不同病毒及宿主蛋白相互作用，這預(yù)示該機(jī)器在蛙病毒跨種感染過程中具有關(guān)鍵作用，為進(jìn)一步闡釋子代蛙病毒的高效復(fù)制及跨物種感染機(jī)制提供了全新視野。

相關(guān)研究成果以Replication and transcription machinery for ranaviruses: components, correlation, and functional architecture（《蛙病毒的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄機(jī)器：組件、相關(guān)性及功能架構(gòu)》）為題，在線發(fā)表在Cell & Bioscience上。該研究由水生病毒學(xué)科組與中科院院士桂建芳團(tuán)隊合作完成。

此外，基于揭示涵蓋虹彩病毒、皰疹病毒、彈狀病毒、呼腸孤病毒、線頭病毒、雙RNA病毒、肌尾病毒、短尾病毒等病毒科中數(shù)十種水生病毒完整基因組架構(gòu)及關(guān)鍵基因功能，在水產(chǎn)動物病毒基因組及病毒-宿主相互作用（Zhang & Gui, Science China Life Sciences, 2015, 58(2):156-169）、蛙病毒跨種感染轉(zhuǎn)錄組測試分析及其特征（Ke et al,BMC Genomics, 2018, 19:211）（圖2）、魚類呼腸孤病毒量子點單粒示蹤及其胞內(nèi)動力學(xué)（Liu et al,Frontiers in Microbiology, 2018, 9:2797）（圖3）、水生病毒的多樣性/進(jìn)化貢獻(xiàn)/生態(tài)作用（Zhang & Gui,Science China Life Sciences, 2018, 61(12):1486-1502）、蛙病毒經(jīng)同源細(xì)胞受體入侵不同水生動物物種細(xì)胞（Ke et al,Viruses, 2019, 11(7), pii: E593）及鯽皰疹病毒環(huán)指蛋白的結(jié)構(gòu)與功能（Wang et al,Viruses, 2021,13:254）等方面取得進(jìn)展。

圖1.蛙病毒轉(zhuǎn)錄與復(fù)制機(jī)器示意圖。在病毒加工廠中，這一至少含36種蛋白組分、及各組分在病毒復(fù)制與轉(zhuǎn)錄過程中行使不同功能與協(xié)同作用復(fù)雜裝置的組成與結(jié)構(gòu)（Ke et al, Cell & Bioscience, 2022）。

圖2.跨種感染大鯢的蛙病毒子代及宿主命運示意圖。體現(xiàn)跨種感染的蛙病毒進(jìn)入宿主后，迅速進(jìn)行擴(kuò)增，且采取避免過度刺激宿主應(yīng)答的策略，為子代病毒適應(yīng)性進(jìn)化及在不同宿主中跨種傳播積蓄力量（Ke et al, BMC Genomics, 2018）。

圖3.量子點示蹤的單顆粒魚類呼腸孤病毒（白色箭頭所示）入侵宿主細(xì)胞的實時狀態(tài)圖。呈現(xiàn)由量子點標(biāo)記的單顆粒病毒（紅色）侵入細(xì)胞膜(綠色)的過程，記錄呼腸孤病毒在數(shù)秒時間內(nèi)侵入魚類細(xì)胞的過程（Liu et al, Frontiers in Microbiology, 2018）。

來源：中國科學(xué)院水生生物研究所