冠状病毒(Coronavirus,CoV)是目前已知的基因组最大的RNA病毒,冠状病毒具有较强的可塑性,通过突变和重组冠状病毒易产生跨宿主传播,并在特定的条件下可以生成新的病毒。δ冠状病毒(Deltacoronavirus,δ-CoVs)是冠状病毒科的新成员,与其他冠状病毒科成员不同的是,δ-CoVs能感染禽类以及哺乳动物。δ-CoVs最早于2007年,在中国南方地区针对SARS的流行病学调查从白鼬獾和亚洲野生豹猫中检测得到。随后中国香港学者Woo等人在2009年报道了3种禽类的δ-CoVs(avainδ-CoVs,ADCoVs)、在2012年报道了7种在禽类和猪中的δ-CoVs。猪δ冠状病毒(PDCoV)于2014年初在美国俄亥俄州爆发,随后在北美以及亚洲多国中相继被发现,并给养猪业造成了一定的经济损失。最新的研究显示,在沙特阿拉伯、美国、波兰等地的禽类中均发现有δ-CoVs的存在。δ-CoVs在世界各地的禽类中广泛存在,这些动物源性的病毒对公共卫生安全构成潜在威胁。而目前关于δ-CoVs的进化历史尚不清楚,并且PDCoV作为一种新发病原其来源尚未明确,因此分析δ-CoV的遗传和进化有望阐明其是否存在跨物种传播风险以及PDCoV产生的原因,并发现可能产生跨物种传播的关键基因,为疫苗研制或抗病毒药物研发提供理论支持。而PDCoV是目前δ-CoVs中唯一可以感染哺乳动物并拥有全基因组序列的病毒,可以作为探讨δ-CoVs在禽类与哺乳动物中跨物种传播的模型,同时也为δ-CoVs和PDCoV的遗传进化分析奠定了基础。主要研究内容如下:1.δ-CoVs遗传进化分析收集了所有δ-CoVs全基因组序列,并构建了全基因组以及冠状病毒主要基因(Orf1ab SEMN,Orf1ab,S,EMN)的进化树。我们发现麻雀冠状病毒(SpCoV)在遗传距离上与PDCoV极为接近,暗示着两者之间存在一定关系。SpCoV也有一个较大的群体,因此我们把δ-CoVs分为三群以此来分析不同群内和群间的基因差异,群内基因差异显示刺突蛋白(Spike,S)基因的遗传距离(p-distance)显著高于其他基因,群间差异显示SpCoV和PDCoV的遗传距离较近。对δ-CoVs主要编码区Orf1ab SEMN整体进行p-distance以及synonymous&nonsynonymous p-distance分析时发现,SpCoV与PDCoV遗传距离较为接近,在基因主要编码区上nsp3(PLpro)以及S基因上存在较大的变异。根据已有的文献报道,冠状病毒产生跨物种传播可能主要与S蛋白、PLpro以及辅助蛋白(accessory protein)相关,因此我们也对所有δ-CoVs的可能存在的辅助蛋白进行了预测,并对nsp3、Rdrp、S以及辅助蛋白基因进行了比较,结果显示SpCoV在这些基因上均与PDCoV较为相似,并且PDCoV的3’UTR明显短于ADCoVs,辅助蛋白数量也少于ADCoVs。以上结果均显示PDCoV与ADCoVs存在一定差异,但是与ADCoVs中的SpCoV表现出了极强的相关性,并且与跨物种传播相关的基因差异要明显高于其他基因。2.δ-CoVs跨物种传播分析δ-CoVs有着极大的宿主谱,所以我们使用软件分析了δ-CoVs内部可能的跨物种传播情况。结果显示δ-CoVs内部确实存在大量的宿主转换,并且PDCoV有可能是由SpCoV宿主转换而来。之前有文献报道认为PDCoV可能是由SpCoV和文鸟冠状病毒(Mun CoV)重组而来,在我们的重组分析中发现,PDCoV更有可能是SpCoV内部重组而来。对比Mun CoV和PDCoV在整个基因组的相似性,SpCoV都要高于Mun CoV。有文献显示,在跨物种传播中病毒为了适应新的宿主通常会采取很多策略例如改变密码子的偏爱性以此来促进自身的增殖,基因组的GC含量是跨物种传播中密码子使用变化有关的最可靠信号,第三位密码子的GC含量(GC3s)变化与病毒适应进化相关。因此我们分析了所有的δ-CoVs其GC12s(前两位密码子GC含量)和GC3s与GC含量之间的关系,我们发现δ-CoVs的GC含量变化主要是由GC3s的变化引起,GC含量与GC12s、GC3s之间的变化具有极强的相关性,证实δ-CoVs经历了长期的进化并且PDCoV极有可能来源于ADCoVs。密码子偏好性分析也显示PDCoV与SpCoV有极强的相似性,进一步佐证PDCoV可能来源于SpCoV。3.PDCoV起源分析针对SpCoV和PDCoV继续进行分析发现PDCoV的起源时间在1990s,而SpCoV起源时间远早于PDCoV,结果显示SpCoV的起源时间远早于PDCoV,说明PDCoV可能来源于SpCoV。我们也对PDCoV的地理起源进行了分析,结果显示PDCoV很有可能起源于东南亚。