基于贝叶斯方法对与手足口病相关CVA16的分子进化研究

发布时间：2017-06-19 13:23

  本文关键词：基于贝叶斯方法对与手足口病相关CVA16的分子进化研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：背景与目的:手足口病(Hand,Foot and Mouth Disease,HFMD)是近年来中国发病率和死亡率最高的C类传染病,部分患者可出现急性松弛性麻痹、无菌性脑炎、肺水肿等严重并发症,甚至死亡。随着二代测序技术和计算机科学技术的飞速发展,生物信息学被广泛用于解决病毒的进化及鉴定分型。贝叶斯-马可夫链方法可以根据先验概率选择最佳核苷酸替代模型,应用后验概率优化标准,从而实现大数据、复杂模型的快速准确处理,目前已经被众多研究者用来研究病毒的系统发育,例如肠道病毒71型(EVA71)、日本脑炎病毒(JEV)、乙肝病毒(HBV)、麻疹病毒(MV)和流感病毒(AV)等。柯萨奇病毒A16(CVA16)在中国近年的连续性监测中约占病原体的50%,是引起手足口病最主要的病原体之一,并且临床有多例死亡报道。相对于EVA71的疫苗已经进入临床应用的前沿发展,目前对CVA16的研究进展尚不足。基于以上背景,我们应用贝叶斯方法对CVA16进行分子进化研究,以便在分子水平上对CVA16的基因分型和地区流行做出更科学合理地解释,也为病毒相关疫苗的研制提供崭新的视野。材料与方法:本研究分离鉴定了20株肠道病毒,并对其中的6株CVA16 VP1基因扩增测序。我们从Genbank数据库下载整理目前已发表的CVA16 VP1基因序列708条,构建出迄今为止最大的CVA16 VP1基因数据集。我们通过RDP3(Recombination Detection Program)软件进行重组检测,通过DAMBE软件进行饱和度检测,应用JModeltest计算最佳核苷酸替代模型。采用贝叶斯-马可夫链方法对CVA16 VP1基因数据集构建了最大分支可信树(MCC)。通过Bayesian skyline plot动态分析CVA16 VP1基因的进化特征。结果与结论:我们测序的6株CVA16 VP1基因891个核苷酸的变异率为3.36%,296个氨基酸的变异率为1.68%,氨基酸水平变异率较核苷酸水平的变异率稍低。重组检测结果显示各菌株之间未发生重组,饱和度监测结果显示序列替代未饱和且适合进行下一步建树,计算得到的最佳核苷酸替代模型为GTR。数据的预处理结果显示我们的数据集适合进行下一步的进化分析。最大分支可信树(MCC)结果显示708株CVA16可以被分为GⅠ-GⅤ五个基因型,GⅣ型又被进一步分为GⅣ-1、GⅣ-2和GⅣ-3基因亚型。日本地区1981-1993年的全部CVA16流行株均为GⅡ型,1995年GⅢ型取代GⅡ型成为新的流行型,1996-1997年之后,GⅣ型和GⅤ型进一步取代GⅢ型成为新的流行型;马来西亚1997-2007年间81例CVA16流行株以GⅤ型(68/81,83%)为主;中国大陆自2007年以来,CVA16主要为GⅣ-3(195/315,62%)和GⅤ(118/315,37%)型共流行,且中国近年流行的CVA16均来自同一祖先,以本土流行为主,未发生外来菌株入侵。本研究测序的2012-2013年中国吉林省CVA16流行株属于GⅣ-3亚型。Bayesian skyline plot动态分析研究CVA16 VP1基因的进化特征显示,CVA16VP1基因的遗传多态性从20世纪90年代中旬开始出现了持续增高趋势,1997年和2007年左右均有一个急剧上升的趋势,其中在2007年达到峰值,2010年之后基因的遗传多态性曲线趋于平坦。我们查阅的相关文献报道和我们构建的最大分支可信树均显示CVA16遗传多态性的变化与新基因型的出现密切相关,而新基因型的出现往往会引起疾病的暴发流行,所以遗传多态性可以反映与CVA16相关的手足口病暴发流行趋势。根据GTR替代模型我们计算得到CVA16 VP1基因的进化率为平均每个位点每年发生4.0718E-3次替代事件。CVA16 VP1基因编码氨基酸的密码子突变率各不相同,第三位密码子的突变率最大。
【关键词】：柯萨奇病毒A16 手足口病 分子进化 基因多样性 贝叶斯方法
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R725.1
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-9
• 英文缩写词表9-13
• 第一章 绪论13-20
• 1 手足口病及其相关病原体的概述13-15
• 1.1 手足口病的概述13-14
• 1.2 手足口病病原体特征14-15
• 2 柯萨奇病毒A16(CVA16)的病原学基础15-17
• 2.1 CVA16的基因组学特征15-16
• 2.2 CVA16的生物学特性16
• 2.3 CVA16的流行状况16-17
• 3 生物信息学及分子进化研究17-20
• 3.1 生物信息学简述17
• 3.2 系统发育分析17-20
• 第二章 病毒培养与鉴定20-30
• 1 实验材料20-21
• 1.1 细胞株与病毒株20
• 1.2 主要试剂20-21
• 1.3 主要仪器设备21
• 2 实验方法21-26
• 2.1 临床病毒标本收集21
• 2.2 病毒的分离、鉴定21-23
• 2.3 病毒的PCR扩增23-25
• 2.4 PCR产物回收纯化及测序25-26
• 3 结果26-30
• 3.1 接种病毒后的细胞病变结果26-27
• 3.2 CVA16 PCR扩增结果27-28
• 3.3 CVA16 VP1基因的测序分析28-30
• 第三章 病毒的分子进化研究30-45
• 1 实验材料30
• 2 实验方法30-33
• 2.1 病毒序列的收集、整理30-31
• 2.2 序列数据集预处理31-32
• 2.3 应用BEAST方法对CVA16 VP1基因进行进化分析32-33
• 3 结果33-45
• 3.1 病毒序列的收集、整理结果33-34
• 3.2 CVA16数据预处理结果34-35
• 3.3 全球CVA16 VP1基因构建的最大分支可信树（MCC）35-38
• 3.4 对日本、马来西亚和中国的CVA16基因型分布的进一步分析38-41
• 3.5 Bayesian skyline plot动态分析CVA16 VP1基因的进化特征41-43
• 3.6 CVA16 VP1基因的进化率和密码子突变率43-45
• 第四章 讨论45-49
• 第五章 结论49-50
• 参考文献50-56
• 作者简介56-57
• 致谢57

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

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