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为给自身mRNA添加帽子结构,布尼亚病毒先从帽子结构下游10-20个碱基处切割寄主mRNA,然后以5’端切割产物(帽子序列)为自身模板链的转录引物,使每条病毒mRNA分子在5’端含一段来源于寄主mRNA的帽子序列,这一过程被称为抓帽。布尼亚病毒目(Bunyavirales)含12个科、46个属、287个正式成员。相关学者已对多种布尼亚病毒的抓帽机制进行了分析,但还很少对不同布尼亚病毒进行比较研究。
水稻条纹病毒(Rice stripe tenuivirus,RSV)和番茄斑萎病毒(Tomato spotted wilt tospovirus,TSWV)是两种重要的植物布尼亚病毒。RSV是白纤病毒科(Phenuiviridae)、纤细病毒属(Tenuivirus)的代表种,TSWV是番茄斑萎病毒科(Tospoviridae)、正番茄斑萎病毒属(Orthotospovirus)的代表种。本研究对RSV和TSWV侵染本氏烟时的帽子序列分别进行了高通量测序,并将部分所得帽子序列Map到了本氏烟mRNA的5’端。分析表明:
(1)RSV抓取的帽子序列3’端碱基为A或C,与病毒基因组3’端的U1/U3或G2/G4互补,TSWV抓取的帽子序列3’端碱基为A或G,与病毒基因组3’端的U1/U3或C2/C4互补,表明两种病毒在抓帽过程中都遵循“碱基配对”原则。然而,RSV3’端为A和C的帽子序列占比分别在39-43%和57-61%之间,TSWV3’端为A和G的帽子序列占比分别在65-67%和33-35%之间,表明RSV偏好与其基因组G1/G4配对的帽子序列,而TSWV偏好与其基因组U1/U3配对的帽子序列;
(2)RSV和TSWV抓取的帽子序列长度都集中在10-20个碱基之间,但RSV帽子序列长度峰值在11-14个碱基,这一范围内帽子序列占比分别为17%,22%,20%和14%,TSWV帽子序列长度的峰值在13-16个碱基,这一范围内帽子序列占比分别为17%,23%,20%和13%,表明两种病毒对帽子序列长度的偏好性不同;
(3)RSV和TSWV在抓帽过程中都使用引发与重配机制,且在帽子序列较短或3’端为C/G时使用该机制的频率更高。但是,RSV使用引发与重配机制的平均频率为51%,而TSWV只有20%;另外,两种病毒在合成不同mRNA时使用引发与重配机制的频率不同,但RSV是在转录毒义链时比在转录负义链时使用引发与重配的频率更高,而TSWV是在转录M链时比在转录S链时使用引发与重配的频率更高;
(4)从获得的序列推测,RSV和TSWV分别可以从239,042和205,714种不同的本氏烟mRNA(同一基因可以表达多种含不同帽子序列的mRNA)抓取帽子序列。其中,RSV和TSWV都可以抓帽的mRNA为134,623种。从这些“共享”mRNA抓取的帽子序列在RSV和TSWV总帽子序列中的占比分别为89%和92%,表明两种病毒都集中从一些“共享”mRNA抓帽。
本研究首次比较了不同科的布尼亚病毒侵染同一寄主时的抓帽情况,这为进一步认识和研究布尼亚病毒的抓帽机制奠定了重要的基础。
水稻条纹病毒(Rice stripe tenuivirus,RSV)和番茄斑萎病毒(Tomato spotted wilt tospovirus,TSWV)是两种重要的植物布尼亚病毒。RSV是白纤病毒科(Phenuiviridae)、纤细病毒属(Tenuivirus)的代表种,TSWV是番茄斑萎病毒科(Tospoviridae)、正番茄斑萎病毒属(Orthotospovirus)的代表种。本研究对RSV和TSWV侵染本氏烟时的帽子序列分别进行了高通量测序,并将部分所得帽子序列Map到了本氏烟mRNA的5’端。分析表明:
(1)RSV抓取的帽子序列3’端碱基为A或C,与病毒基因组3’端的U1/U3或G2/G4互补,TSWV抓取的帽子序列3’端碱基为A或G,与病毒基因组3’端的U1/U3或C2/C4互补,表明两种病毒在抓帽过程中都遵循“碱基配对”原则。然而,RSV3’端为A和C的帽子序列占比分别在39-43%和57-61%之间,TSWV3’端为A和G的帽子序列占比分别在65-67%和33-35%之间,表明RSV偏好与其基因组G1/G4配对的帽子序列,而TSWV偏好与其基因组U1/U3配对的帽子序列;
(2)RSV和TSWV抓取的帽子序列长度都集中在10-20个碱基之间,但RSV帽子序列长度峰值在11-14个碱基,这一范围内帽子序列占比分别为17%,22%,20%和14%,TSWV帽子序列长度的峰值在13-16个碱基,这一范围内帽子序列占比分别为17%,23%,20%和13%,表明两种病毒对帽子序列长度的偏好性不同;
(3)RSV和TSWV在抓帽过程中都使用引发与重配机制,且在帽子序列较短或3’端为C/G时使用该机制的频率更高。但是,RSV使用引发与重配机制的平均频率为51%,而TSWV只有20%;另外,两种病毒在合成不同mRNA时使用引发与重配机制的频率不同,但RSV是在转录毒义链时比在转录负义链时使用引发与重配的频率更高,而TSWV是在转录M链时比在转录S链时使用引发与重配的频率更高;
(4)从获得的序列推测,RSV和TSWV分别可以从239,042和205,714种不同的本氏烟mRNA(同一基因可以表达多种含不同帽子序列的mRNA)抓取帽子序列。其中,RSV和TSWV都可以抓帽的mRNA为134,623种。从这些“共享”mRNA抓取的帽子序列在RSV和TSWV总帽子序列中的占比分别为89%和92%,表明两种病毒都集中从一些“共享”mRNA抓帽。
本研究首次比较了不同科的布尼亚病毒侵染同一寄主时的抓帽情况,这为进一步认识和研究布尼亚病毒的抓帽机制奠定了重要的基础。