SARS冠状病毒基因组及其编码结构蛋白的生物信息学研究

发布时间：2020-03-20 19:39

【摘要】： 目的 SARS-CoV是冠状病毒的一个新的变体。目前，我们对这种新型的冠状病毒的一些结构、功能等特性还不完全清楚。本研究的目的在于应用生物信息学方法分析不同地区来源的SARS-CoV全基因组序列的变异特征及碱基易变性，通过进化树结合序列间共有变异分布，分析SARS-CoV的地区进化与疾病流行特点。 分析S蛋白、N蛋白、M蛋白、E蛋白等四个主要结构蛋白的分子生物学特征和突变状况，以及基因突变对不同地区来源的SARS-CoV病毒株各结构蛋白的结构与功能的影响，为以后的疫苗开发等提供依据。 材料与方法 对从GenBank核酸数据库检索获得的59条不同地区来源的SARS-CoV病毒株全基因组序列利用CLUSTALX 1.83软件进行列队比较，找出各序列的变异位点及其在基因组序列上的分布，分析SARS-CoV基因组的易变区和保守区以及对应的基因和编码蛋白质，并绘制出进化树，对该病毒的地区与时间进化进行分析。 分别对41条推测S蛋白、44条N蛋白、39条M蛋白和36个E蛋白的核酸和氨基酸序列利用CLUSTAL X 1.83软件进行列队比较；利用DNA-Tools 6.0版工具软件和ProtParam等生物信息学分析工具分别计算SARS-CoV四个主要结构蛋白的各项物理特征和一般生物学特征，包括分子重量、等电点、氨基酸成分构成特点、分子式、原子数量、半衰期、不稳定指数、脂肪指数等。利用TMHMM Server v．2.0、signalP2.0等服务器软件分析预 测这些结构蛋白的跨膜区、卷曲螺旋、信号肤等功能区特征。利用ThePre- dieterotein server、Predieting如tigeni。几ptides、SMAR”.4等软件系统分析 预测各个不同地区来源的SARS一CoV结构蛋白序列上的motifs、domains及 抗原决定簇等结构功能域，分析比较基因突变对不同地区来源的结构蛋白 的功能结构域及抗原决定簇的影响。 结果 59个SARS一CoV全基因组序列中，共发现477个变异位点，其中包括 28个位点的缺失、71个位点的插人和378个位点的碱基替代，变异率为0. 474愉。在378个位点上发生380种碱基替代，A、T、C、G的变异次数依次 为1巧、1 13、87和65次。59个序列在进化树分析上可划分成三个群。 在四个主要结构蛋白中，S蛋白的分子重量为139109.ID;等电点为5. 65;疏水性41.8%，亲水性40.0%;在41个不同地区来源的病毒株推测S 蛋白的氨基酸序列中，有10个病毒株在20个位点发生30次突变，突变率 为0.583知。有31个毒株的S蛋白未发生突变。在蛋白质的氨基酸成分构 成中，亮氨酸和苏氨酸占的比例最高，色氨酸占的比例最低。在该蛋白序列 靠近C端存在一个长度为20个氨基酸的半胧氨酸富集区;所有毒株推测S 蛋白预测均发现三个低复杂度区域，一个卷曲螺旋和一个跨膜螺旋。在蛋 白序列的N端的第1一14位残基区间存在一个可能的信号肤。并且S蛋白 存在一个球状domaln和一个蛋白质家族domain，并发现三个Hel议结构。 在S蛋白氨基酸序列上预测获得73个Motha。绝大多数病毒株预测获得 61个抗原决定簇。只有sinol一11、GD01和ShanhgaiLY三个病毒株预测 获得的抗原决定簇数量有所变化。 N蛋白的分子重量为46025 .OD，等电点为10 .93。该蛋白的疏水性为 32.7%，亲水性为43.4%。在N蛋白的氨基酸构成中，甘氨酸占的比例最 高，达到10.7%;而半胧氨酸含量为零。在44个病毒株N蛋白的422个氨 基酸序列中，有7个病毒株在7个位点上发生9个突变，突变率为0.485知。 预测44个病毒分离株N蛋白序列均不含有跨膜螺旋序列，全部序列均位 于细胞膜外。也没有卷曲螺旋与信号肤，但预测获得4个低复杂度区域和 一个蛋白质家族domain。科个毒株的N蛋白氨基酸序列中，有40条序列 预测有29个motif，有四个毒株预测获得28个Motif;所有病毒分离株的N 蛋白序列皆获得相同的16个抗原决定簇。在其氨基酸序列中存在一个丝 氨酸富集区，可能是磷酸化的主要区域。并且在序列上含有一个可能的核 转移信号序列。 M蛋白的分子重量为25 060.5D，等电点10.43。该蛋白的疏水性为 51.6%，亲水性31.7%。在M蛋白的氨基酸构成中，亮氨酸占的比例最高， 达到14.0%;而半胧氨酸占的比例最低，仅为1.4%。在39个病毒株M蛋 白的221个氨基酸序列中，有18个病毒株在6个位点上发生了23次突变， 突变率为2.669知。在M蛋白氨基酸序列上预测获得3个跨膜螺旋序列， 一个可能的信号肤序列以及一个蛋白质家族domain。全部39个病毒株M 蛋白预测获得的Mot迁和抗原决定簇数目相同，分另叻为12个motif和7个抗 原决定簇。 E蛋白的分子重量为8361 .OD，等电点为6.28。该蛋白的疏水性55、 3%，亲水性34.2%。在E蛋白的氨基酸构成中，亮氨酸和缴氨酸占的比例 最高;而谷氨酞胺、组氨酸和色氨酸在E蛋白中含量为零。在36个毒株E 蛋白的76个氨基酸序列中，有3个病毒株在4个位点上发生了突变，突变 率为1 .462%o。所有E蛋白序列均预测获得一个跨膜螺旋序列和一个可能 的信号肤序列。36个病毒株E蛋白中，有35条序列预测获得两个N一糖 基化位点，sinol一11较其他毒株多一个motif。在E蛋白序列上只存在一 个抗原决定簇，其中有两个毒株抗原
【图文】：

脚自咖.倒.血助已少以山-争P幽幽e。侧画哪血卿目。-争图1一SARS一CoV基因组序列编码蛋白基因位置分布Fig.l一3T七eDiatrib呱onoftheco面呀proteingenesontheSARS.CoVGenomeS创不姆nce在全基因组序列中，碱基变异多集中于序列的后半段，即发生在3’端的26K以后片段。而后半段序列编码包括S蛋白、E蛋白、M蛋白和N蛋白等重要的结构蛋白。变异尤其集中在27K一28K区间，而27K序列主要编码SARS一CoV的两个结构蛋白，即E蛋白(26158一26388)和M蛋白(26439一27104)。在编码S蛋白的序列区间(21531一25299)发生的变异位点数t不高，，但在59条序列中变异重复总数量也较高。详见Fig.1一4。

图14SARS一CoV全基因组序列上的变异分布Fig.l一ThevariationdistributionontheSARS一oVco帅letegenomeSequenCes3.sARS一CoV基因组碱基易变异性统计通过利用ClustalX软件对59个不同地区来源的SARS一coV全基因组序列进行序列对齐比较，发现全部59个SARS一coV毒株全基因组序列中有378个位点发生了380种碱基替代，59个毒株合计发生碱基替代653次。其中在2个位点上发生了不同毒株在同一位点发生了不同种变异。详见表1一40表中可见，在发生的380种碱基替代中，腺嚷吟(A)、胸腺喃咤(T)、胞啼吮(C)和鸟嚷吟(G)分别发生了1巧、113、87和65次变异。提示在SARS一cov基因组序列中，腺嗦岭和胸腺喃吮相对于胞嗜和鸟嗦吟来说，更易
【学位授予单位】：中国医科大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：R346

【引证文献】

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1 高芳銮;水稻瘤矮病毒P8、Pns10基因的原核表达及生物信息学分析[D];福建农林大学;2006年

2 张明富;禽传染性支气管炎病毒S1基因与猪IgGFc基因的克隆及在Hela细胞中的融合表达[D];华中农业大学;2006年

3 高雅;IBV S1蛋白结合组织细胞膜蛋白和干扰CEK细胞感染作用[D];东北农业大学;2012年

本文编号：2592094