高致病性冠状病毒密码子偏爱性分析及S蛋白真核表达重组质粒的构建

作     者：田明明 

作者单位：大理大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘奇

授予年度：2019年

学科分类：07[理学] 08[工学] 09[农学] 071007[理学-遗传学] 090102[农学-作物遗传育种] 0710[理学-生物学] 1007[医学-药学(可授医学、理学学位)] 100705[医学-微生物与生化药学] 1001[医学-基础医学(可授医学、理学学位)] 100103[医学-病原生物学] 0901[农学-作物学] 0836[工学-生物工程] 10[医学] 

主      题：高致病性冠状病毒 密码子 偏爱性 重叠PCR 重组质粒 

摘      要：目的密码子偏爱性分析已成为多种学科研究的热点问题与前沿方向。在医学病毒学的研究领域里,密码子偏爱性分析常用来了解不同病毒株间进化关系,明确它们之间的遗传特性,进而为疾病的防控与疫苗的研制方面提供重要的理论基础。本课题分析六种人冠状病毒(HCoV:SARS-CoV、MERS-CoV、HCoV-229E、HCoV-NL63、HCoV-OC43、HCoV-HKU1)的密码子偏爱性,了解它们之间的进化关系;又分析不同宿主间高致病性冠状病毒(SARS-CoV、MERS-CoV)的密码子偏爱性及它们的进化关系,以明确高致病性冠状病毒的遗传特性,为其防控提供重要的理论依据。同时利用分子克隆技术构建高致病性冠状病毒不同长度的S蛋白(SARS-S、SARS-S1、SARS-RBD、MERS-S1、MERS-RBD)的真核表达重组质粒,为进一步S蛋白表达及功能研究奠定一定的理论基础。方法本研究,从NCBI下载了所需的冠状病毒基因编码序列(CDS),使用Lasergene子程序EditSeq保存截取的蛋白编码序列;使用EMBOSS子程序CUSP计算密码子Frequency值;CodonW计算密码子ENC、GC、GC3S、RSCU值。使用ENC、RSCU指标,衡量密码子偏好性;用ENC-Plot、中性绘图分析、PR2分析、聚类分析的方法,分析密码子偏爱性的影响因素,以及它们之间的进化关系。同时,我们利用分子克隆技术构建高致病性冠状病毒不同长度的S蛋白(SARS-S、SARS-S1、SARS-RBD、MERS-S1、MERS-RBD)的真核表达重组质粒。结果1.六种HCoV密码子偏爱性分析结果显示:各蛋白ENC平均值均接近61;通过RSCU平均值的分析,找出了六种HCoV各蛋白间的偏爱性密码子(RSCU1)与非偏爱性密码子(RSCU1)个数在20-27之间,SARSr-CoV编码的各蛋白偏爱的密码子(RSCU1)个数在17-30之间,并且两者皆以A、U结尾的密码子为主;其中,AUU、ACU为SARS-CoV的12种蛋白共有的偏爱密码子,而GGG、UGG、CUG、AUC、AUG为非偏性密码子。另,CUU为SARSr-CoV的12种蛋白共有的偏爱密码子,而GGG、UGG、AGC、CGG为非偏性密码子;ENC-Plot结果显示,两者几乎落在了相似区域,且远离标准曲线;中性绘图分析结果显示,SARS-CoV与SARSr-CoV的S、ORF1a两蛋白的斜率均较小;奇偶规则分析结果显示,大部分基因落在了左下方。基于密码子偏爱性的聚类分析结果显示,在S蛋白上,SARSr-CoV/RSYN2013/Yunnan、SARSr-CoV/RS/WIVI1/Yunnan/2013、SARSr-CoV/Rs/WIV16/Yunnan/2013三株与SARS-CoV进化关系最为密切。而RS7327、RS9401、RS4084、RS4231、RS4874这5株新报道的SARSr-CoV同样可与SARS-CoV聚为一类;而新近发现的RS4081、RS4255、AS6526、RS4237、RS4247、Rf4092这6株SARSr-CoV则与华南地区(香港、广西)发现的SARSr-CoV聚为一类;云南株YNLF1C、YNLF4C、RS3367与中国西南(贵州、广西)、华中(湖北)、华北(河北)、东北(吉林)发现的病毒株聚在了一起,同时,地域相邻的山西、陕西则单独聚为一类。而非结构蛋白ORF1a的聚类分析发现,云南蝙蝠中发现的SARSr-CoV均与可以感染人和果子狸的SARS-CoV聚在了一起,同时,该分支同时包括了来自于贵州、广西、湖北的毒株。而香港报道的SARSr-CoV毒株与SARS-CoV差异较大,与一株来自湖北的毒株共同聚为一类