卫星病毒和卫星RNA的分子结构及遗传工程

自60年代发现卫星病毒、70年代发现卫星RNA以来,已发现10个病毒组中的31种植物病毒含有卫星病毒或卫星RNA(统称卫星)。植物病毒卫星是指依赖于植物病毒进行复制的核酸分子,如核酸分子含有编码外壳蛋白的遗传信息,并能包裹成形态学和血清学与辅助病毒不同的颗粒,称卫星病毒;如本身没有编码外壳蛋白的遗传信息,而是装配于辅助病毒的外壳蛋白中,则称卫星RNA。     

竹花叶病毒卫星RNA分子特性、基因组变异及其在生物防治上的应用

病毒虽然需要依赖寄主细胞才能存活,但却有许多亚病毒分子为其寄生物,这些亚病毒分子需要辅助病毒来帮助其复制与包被。卫星病毒(satellite virus)、卫星RNA(satellite RNA)和类病毒(viroid)是目前所知分子最小的生物实体(biological entity)。多数卫星病毒与植物病毒相关,少数与噬菌体或动物病毒相关,如腺病毒的卫星病毒。卫星病毒可分为两大类,一类可编码自身的衣壳蛋白(capsid protein),另一类为卫星病毒RNA分子(曾被称为virusoid),需利用辅助病毒的衣壳蛋白。     

黄瓜花叶病毒致病性研究进展

黄瓜花叶病毒(Cucumber mosaic virus,CMV)属于正义单链RNA病毒,寄主广泛,危害严重,是当前最具影响力的植物病毒之一,也是世界公认的重要植物病害。CMV自1916年报道以来,国内外学者从病毒基因、基因编码产物以及与寄主相互作用等多个方面展开了大量研究。随着高通量测序技术与蛋白质组学技术的发展,病毒相关致病机制也取得突破性进展。介绍了CMV编码蛋白,CMV相关的卫星RNA以及寄主因子在CMV侵染植物后的症状发展过程中的作用,并对今后的CMV致病性研究进行了讨论,旨为CMV的相关研究提供参考。     

表达黄瓜花叶病毒卫星RNA的转基因烟草耐烟草花叶病毒

表达黄瓜花叶病毒(CMV)的卫星RNA的转基因烟草可以抗CMV的侵染.为了决定这些植物对其它病毒,如烟草花叶病毒(CMV)的安全性,我们对这些植物接种CMV.结果发现 卫星RNA可减弱TMV引起的症状,井降低病情指数,然而却对TMV在植物中的积累没有明显影响.这一发现有助于对卫星RNA抗病机制的理解,有助于含卫星RNA的生防制剂及表达病毒卫星RNA的转基因植物的应用.本文在国际上首次报道卫星RNA可减弱非相关病毒引起的症状.1 材料和方法1.1 病毒及植物烟草花叶病毒(TMV),烟草G140种子及枯班三生烟种子均为中国科学院微生物研究所病毒室保存;含黄瓜花叶病毒卫星RNA-R1基因的烟草G140(烟Sat-G140)为中国科学院微生物研究所病毒室培育,所用材料为第三代种子.     

表达黄瓜花叶病毒卫星RNA的转基因烟草耐烟草花叶病毒

表达黄瓜花叶病毒(CMV)的卫星RNA的转基因烟草可以抗CMV的侵染.为了决定这些植物对其它病毒,如烟草花叶病毒(CMV)的安全性,我们对这些植物接种CMV.结果发现 卫星RNA可减弱TMV引起的症状,井降低病情指数,然而却对TMV在植物中的积累没有明显影响.这一发现有助于对卫星RNA抗病机制的理解,有助于含卫星RNA的生防制剂及表达病毒卫星RNA的转基因植物的应用.本文在国际上首次报道卫星RNA可减弱非相关病毒引起的症状.1 材料和方法1.1 病毒及植物烟草花叶病毒(TMV),烟草G140种子及枯班三生烟种子均为中国科学院微生物研究所病毒室保存;含黄瓜花叶病毒卫星RNA-R1基因的烟草G140(烟Sat-G140)为中国科学院微生物研究所病毒室培育,所用材料为第三代种子.     

黄瓜花叶病毒致弱卫星RNA对辅助病毒含量的影响

为研究黄瓜花叶病毒(CMV)弱病毒株的基因组RNA和卫星RNA的含量变化,将一个卫星RNA介导的CMV弱病毒株NDM-1与CMV强毒株在4种寄主系统上进行对照实验.采用RNA点杂交方法,检测从早期接种病毒到大田释放阶段（病毒接种后5到40天）,寄主植物叶组织中的基因组RNA和卫星RNA的相对含量变化.结果显示：弱病毒株NDM-1基因组RNA和卫星RNA负荷量具有寄主效应和时间效应,趋势一致但程度不同.它们在番茄上的变化规律不同于其他寄主而且病毒的致弱效果最明显：在接种后的5～10天 (生产上接种育苗的保护期) ,基因组RNA和卫星RNA相对含量上升,到40天(大田释放期) 时回落至最低.比较NDM-1于不同时间在各寄主上的卫星RNA和基因组RNA的相对比值：在40天时,寄主番茄上的相对比值达15.8,与在其他寄主上和其他时间段比较均有显著差异,即此时卫星RNA达到含量优势.说明弱病毒NDM-1在番茄上的致弱机制为:卫星RNA的大量复制对CMV基因组RNA产生抑制作用.此弱病毒株在烟草和心叶烟中的变化规律基本一致.     

黄瓜花叶病毒卫星RNA人工突变体的构建及其侵染性测定

从1个369nt的黄瓜花叶病毒(Cucumbermosaicvirus,CMV)卫星RNA的cDNA出发,采用DNA改组技术构建人工突变体,经过体外转录,将其与不携带卫星RNA的黄瓜花叶病毒株进行假重组,鉴定突变体的生物活性,结果显示所获得的4个卫星RNA的点突变子MS1、MS5、MS6和MS11中,只有MS11仍然具有复制能力;而其他3个点突变子,尽管均只有1个位点的替换,却不能在辅助病毒作用下复制。序列比较分析发现MS11的突变位点位于卫星RNA变异区内,发生的突变与自发突变一致,其他3个突变子的突变位点发生在卫星RNA的高度保守区。而且通过侵染性试验证实突变子MS11与野生型Yi没有明显的差异。由此可推测卫星RNA序列中的高度保守区与卫星RNA的生物活性密切相关,个别碱基的突变会导致RNA二级结构的改变,进而引起其复制能力或稳定性的完全丧失。     

带卫星RNA黄瓜花叶病毒保护接种的植物中病毒积累与基因组RNA合成及病状表达

本文报道了三生烟在接种带卫星RNA的黄瓜花叶病毒(CMV-S52)后,或接种后用强毒CMV攻击,其病状表现、组织中病毒含量,病毒基因组RNA合成与卫星RNA合成的关系.植物在接种CMV-S52后7～10天,所有接种植物都表现出不同程度的轻度花叶症状,此期正是组织内病毒含量最高,而卫星dsRNA占总dsRNA百分比较低时期.接种后不同时间的测定证明,组织内病毒基因组dsRNAl和dsRNA2的合成水平均较低,而卫星dsRNA则始终保持较高的合成水平;到接种后15天病状消失时,卫星dsRNA占总dsRNA合成百分比的84.79％之多. 用CMV-S52保护接种后再用强病毒攻击,植物中的病毒含量、病毒ssRNA合成不增加或稍有增加;而基因组dsRNA和卫星dsRNA合成都有增加,但卫星dsRNA合成仍占绝对优势.保护作用的效果,取决于攻强病毒时已存在于组织内的卫星RNA与基因组RNA合成量的相对比例。讨论了卫星RNA的保护机理。     

甲型流行性感冒病毒NS蛋白研究进展

甲型流行性感冒(流感)病毒基因组由8个分节段的负链RNA组成,共编码10种蛋白,其中在病毒复制的早期即有NP蛋白和NS1蛋白的大量表达,提示这两种蛋白在病毒复制过程中及与细胞蛋白的相互作用中发挥着重要的功能.RNA第8节段编码两种蛋白,即非结构蛋白1(NS1)和2(NS2).     

MicroRNA靶向病毒携带的microRNA模拟靶序列对病毒的抑制作用

Micro RNA模拟靶序列(target mimic,TM)通过竞争性结合miRNA,从而干扰miRNA对靶标m RNA的调控.我们前期工作发现:以黄瓜花叶病毒(Cucumber mosaic virus,CMV)作为载体在植物体内表达TM序列有效地抑制了miRNA的活性或稳定性,从而消减了miRNA对靶基因的调控.但是,miRNA与CMV携带的TM序列的结合在一定程度上抑制了病毒的积累.研究分析了miRNA靶向病毒携带的TM序列对病毒抑制作用的内在原因.a.通过RNA印迹分析CMV携带不同miRNA TM序列对病毒积累的影响,进一步明确miRNA靶向病毒携带的TM序列对病毒的抑制作用;b.利用GFP作为报告基因,通过荧光显微镜、蛋白质印迹以及RNA印迹分析TM序列对重组病毒积累的影响;c.以GFP作为报告基因,利用荧光显微镜观察和免疫印迹方法分析模拟靶序列对GFP翻译的影响;d.利用CMV病毒的反式复制系统分析miRNA模拟靶序列对病毒负链RNA合成的影响.结果表明,多种植物内源的miRNA靶向CMV基因组携带的miRNA TM序列,在不同程度上抑制了病毒的积累,miRNA与其TM序列的结合抑制GFP蛋白的翻译和负链的合成.植物内源的miRNA通过与病毒基因组携带的miRNA模拟靶序列结合,通过抑制病毒蛋白的翻译以及病毒负链RNA的合成,从而降低了病毒的积累水平.基于该论文的研究结果有可能建立一种抗病毒的新方法.     

BYL无细胞系统对植物RNA病毒翻译复制机制的研究进展

无细胞翻译系统是高效表达重组蛋白质的体外分子研究系统,BYL是一种通过密度梯度离心法脱去液泡的烟草BY-2裂解液无细胞系统。BYL系统可支持外源m RNA以及多种植物RNA病毒的蛋白质表达,由于BYL系统中保留植物RNA病毒复制所需的胞内膜结构,所以该系统可支持RNA病毒核酸负义链、正义链和亚基因RNA的合成。综述了BYL系统应用于植物RNA病毒翻译和复制等机理以及RNA干扰机制方面的研究进展,并对其研究前景进行展望,旨在便于更多的研究者系统了解BYL无细胞系统,将其更广泛地应用于其他RNA病毒的翻译复制机制研究中。     

野田村病毒RNA的复制机制

野田村病毒科Nodaviradae分为2个属,分别为主要感染昆虫的α野田村病毒属(Alphanodavirus)和主要感染鱼类的β野田村病毒属(Betanodavirus)。野田村病毒的基因组由2条单链正义RNA分子(RNA1和RNA2)所组成,RNA1编码蛋白A,即病毒负责复制病毒两条基因组的依赖RNA的RNA聚合酶催化亚基。RNA2编码衣壳前体蛋白α,此前体蛋白α先组装成原病毒粒子,再经历一次自我催化的成熟切割成2个病毒的衣壳蛋白β和γ,就成了成熟的有感染性的病毒粒子。在RNA复制过程中,从RNA1的3′末端会合成一个不被包装进病毒粒子的亚基因组RNA3。RNA1能在无RNA2的情况下自我复制,并持续地产生亚基因组RNA3,RNA3的合成采取的是提前终止机制。本文还介绍了野田村病毒复制的调节、非结构蛋白的功能和病毒复制在细胞内的定位。     

脊椎动物病毒与微RNA

抗病毒作用是RNA干扰(RNAi)在植物及低等动物中的一个重要功能。一方面,宿主细胞编码并表达短干扰RNA(siRNA),对入侵细胞的病毒产生抑制作用;另一方面,病毒编码并表达特定的RNA或蛋白质,以对抗宿主细胞的RNAi。在部分脊椎动物病毒中已经发现多种由病毒编码的微RNA(miRNA),它们对病毒及细胞基因的表达有重要的调节作用。同时,某些细胞miRNA也可影响脊椎动物病毒的复制。然而,RNAi在脊椎动物细胞中是否具有广谱抗病毒活性、脊椎动物病毒又是否普遍编码miRNA及普遍具备拮抗RNAi的机制?目前尚无定论,有待于进一步的研究加以阐明。     

两株黄瓜花叶病毒卫星RNA的竞争与共存研究

通过体外转录方法 ,将大小分别为 36 9nt和 385nt的 2个黄瓜花叶病毒 (Cucumbermosaicvirus,CMV)的卫星RNAYi和Yns共同与不含卫星的辅助病毒株CMV_CNa进行假重组 ,接种CMV系统寄主心叶烟。结果表明 :在接种5d的接种叶上同时检测到卫星RNA_Yi和卫星RNA_Yns;在系统叶上 ,接种 5d和 10d亦可同时检测到 2株卫星 ;但接种 15d ,在系统叶组织中只检测到卫星RNA_Yi。再将接种 5d的接种叶扩大接种到几种不同的指示植物后 ,经dsRNA抽提 ,也只获得 1条与卫星RNA_Yi大小相符的条带。通过假重组病毒株中分别获得卫星RNA并测序 ,确定2个卫星RNA的序列没有变化。卫星RNA_Yns和Yi在辅助病毒CMV_CNa作用下 ,表现出明显的竞争性 ,它们在辅助病毒中不能形成稳定的共存关系。     

ADARs对病毒感染的影响及其作用机制

双链RNA依赖的腺苷酸脱氨酶(adenosine deaminase acting on RNA,ADAR)是一组催化双链RNA腺苷(A)脱氨基产生次黄嘌呤(I)的RNA编辑酶。ADARs具有多种功能,如编辑蛋白质编码区可引起蛋白质功能改变;编辑非编码区可以控制m RNA水平和翻译效率;编辑mi RNA前体使其成熟过程被抑制,编辑mi RNA靶位点导致下游靶基因沉默;还可以控制组织发育和造血,保证器官正常发育等。近年来研究表明,ADARs在病毒的感染与复制过程中也发挥重要作用,如ADARs可促进VSV、HDV等病毒的复制,而对MV、HCV等病毒显示出抗病毒作用。现主要就ADARs在病毒感染与复制过程中的作用及其分子机制做一综述。     

流感病毒的分子生物学研究进展

流感病毒是分节段的负链RNA病毒,由RNA依赖的RNA聚合酶起始病毒的复制。流感病毒的特殊基因组结构和病毒蛋白的功能使其极易发生抗原转换和抗原漂移,这使得病毒能够逃避多种宿主的长效中和性免疫反应。本文从病毒结构、基因组及其编码蛋白质、病毒复制过程和病毒的易感宿主等几方面论述了流感病毒的分子生物学研究进展。     

植物抗病毒病育种策略

为了得到抗病毒的寄主植物,植物育种学家进行了许多有益研究,形成了许多行之有效的抗病毒病育种策略。利用植物本身对病毒侵染所具有的一些免疫功能及其本身的一些抗性基因来获得抗性;利用来源于病毒自身基因的一些抗病性策略(PDR),如利用病毒外壳蛋白基因,病毒复制酶基因,病毒移动蛋白基因,病毒卫星RNA和反义RNA等,植物也可以获得抗性。近年来对由转录后RNA沉默引起的由RNA介导的病毒抗性策略(RMVR)也进行了深入地研究。除了PDR和RMVR以外,还有一些导致植物抗病毒的策略,包括利用美国商陆的病毒抗性蛋白(PAP),2',5’-寡腺苷酸合成酶,“植物抗体”以及病毒蛋白多肽来获得病毒抗性等。     

黄瓜花叶病毒卫星RNA XJs1侵染性cDNA克隆构建及其生物学功能初步研究

利用RT_PCR的方法,获得了黄瓜花叶病毒卫星RNA XJs1的全长侵染性cDNA克隆pMSC20。序列分析显示,XJs1全长384nt(GenBank登录号:DQ070748),比较XJs1与具有代表性的CMV卫星RNA的序列结构表明,在XJs1核苷酸序列的325nt~350nt间,具有典型的坏死型卫星RNA保守序列。通过体外转录,将XJs1与不含卫星RNA的辅助病毒分离物CMV_AH组合接种普通烟和心叶烟并进行检测。初步研究结果表明,XJs1为一致弱卫星RNA。     

不同CMV分离物侵染寄主的超微结构变化

应用电镜观察了黄瓜花叶病毒CMV不同分离物侵染寄主的细胞 超微结构变化。来自一串红(Salvia splendens)的不含卫星RNA分离物M-22侵染心叶烟,病毒粒子散布于细胞质,在液泡中形成大片病毒粒子结晶,液泡膜边缘产生小泡结构,完整的病毒粒子穿过胞间连丝在细胞间运转,胞间连丝中央部分有扩张现象。自然感染三生烟的含坏死卫星RNA分离物8-S1侵染普通烟,病毒粒子分散于细胞质,在液泡中未观察到结晶体,叶绿体产生囊泡结构,部分病毒粒子处在叶绿体空泡中。田间寄主上受8-S1侵染的三生烟细胞质中分布着大量球形病毒粒子,叶绿体也产生含有病毒粒子的囊泡结构。表明含有卫星RNA和不含卫星RNA的CMV分离物引起的细胞病变特征存在差别,可能是CMV卫星RNA参与病理变化的依据之一。     

Sabin2型脊髓灰质炎病毒适应人胚肺二倍体细胞不同代次病毒滴度与5'端非编码区变异关系

脊髓灰质炎病毒(Poliovirus)是一类无包膜单股正链RNA病毒,基因组长约7.5kb.其5'端非编码区由约742个核苷酸长,主要与病毒RNA复制、蛋白翻译起始、病毒颗粒的装配及病毒的细胞适应减毒及神经毒力密切相关[1].