基于样本频率的重要亚型禽流感病毒适应性进化规律研究

论文摘要

禽流感病毒主要在禽类宿主中流行,但是近年来不断有禽流感病毒跨越宿主屏障感染人类。全球首例人感染H5N1病毒的病例发生在1997年的香港,从2003年起,高致病性H5N1病毒感染人类的事件便不断在世界各地出现,至今已造成900多人感染。H7N9病毒自从2013年被报道出现人感染的病例以来,便一直在人群中不断流行,到2017年为止已经在中国大陆造成了5次疫情。为了应对禽流感病毒不断进化对人类造成的威胁,对它们遗传变异的监测就显得尤为重要。无论是禽流感病毒的毒力、复制能力、逃避免疫的能力,还是它跨越宿主屏障的潜力,都和病毒适应性进化过程中产生的突变密切相关。但是现有的对病毒突变的研究多是针对某一个或某几个位点展开的,虽然专一性强,但是缺乏对病毒适应性进化过程中突变规律的整体把控。在本文的第一部分工作中,我们建立了一种全面、批量、快速地寻找流感病毒进化过程中发生的全部重要突变的方法。该方法的核心是对病毒固有的信息进行数学建模,定义并计算“株频率”和“枝频率”,然后以频率为基础利用回溯的方式计算出进化路径上所发生的全部突变。该方法的最大优势在于它的通用性,完全不依赖于病毒的种类和任何特征,只需要待研究的病毒有完整的序列信息,并且按照年份进行演替。同时,基于突变后氨基酸在各年份间的频率变化和固定情况,我们还建立了一个突变评价体系来初步评价计算出的突变。在本文的第二部分工作中,我们选取H5N1病毒HA节段为研究对象,利用我们建立的方法对其适应性进化过程中的重要突变规律进行研究。一共计算出435个突变,得到了一张氨基酸固定及频率变化分布表。其中,有效变换79个,发生在36个位点上,其中20个在抗原表位上。结合氨基酸频率图表,我们推出有效变换的位点很有可能是正选择位点。同时,我们还发现了29个高频次突变位点,有14个落在HA抗原表位上,20个是已报道的正选择位点。因此我们认为高频次突变与病毒适应性进化密切相关,将高频次突变和有效变换结合起来评价突变将更有说服力。在本文的第三部分工作中,我们应用建立的方法来研究H7N9病毒全基因组8个节段的突变规律。经过计算,我们最终得到HA上的突变46个,NA上的突变42个,PB1上38个,PB2上38个,PA上31个,NP上20个,NS1上31个,NS2上1个,M1上4个,M2上18个。和现有的研究对比后发现,已报道的突变大部分都在我们找到的突变当中,足以证明我们建立的方法准确可靠。同时,我们还发现HA节段上的M245I/L和L235Q很可能与第五波疫情及高致病性毒株的出现有关,L186I的出现提高了病毒的适应性;NA节段上I16T及Y171H在NA进化过程中都发生了两次,且都处在系统发生树的关键结点上,说明它们和病毒适应性的提高密切相关;内部节段中有很多突变与各波疫情的起伏都息息相关,研究它们的功能对我们探究各次疫情爆发的原因具有很大意义。无论是我们建立的突变寻找方法还是初步的突变评价体系,都为实验人员提供了一个很好的参考作用。对于病毒突变的研究,不必再拘泥于某一个或某几个人为观察到的位点上,而是在高效获得的全部突变中,利用我们的评价体系,挑选有意义的突变着重研究,既节省了时间,又给后续的实验研究指明了初步的方向。

论文目录

• 缩略语表
• 摘要
• Abstract
• 前言
• 第一章 基于样本频率的禽流感病毒适应性进化建模方法研究
•   1.1 基于株频率和枝频率的突变计算方法
•     1.1.1 数据下载和预处理
•     1.1.2 多序列比对和系统发生树构建
•     1.1.3 株频率的定义
•     1.1.4 分枝和枝频率的定义
•     1.1.5 内部结点重建
•     1.1.6 标记分枝定义
•     1.1.7 计算方法完整流程梳理
•   1.2 基于氨基酸频率的突变评价体系
•   1.3 小结
• 第二章 禽流感病毒H5N1血凝素基因适应性进化过程中的关键位点突变规律研究
•   2.1 研究背景
•   2.2 材料与方法
•     2.2.1 数据下载和预处理
•     2.2.2 多序列比对和系统发生树构建
•     2.2.3 株频率和枝频率的计算
•     2.2.4 标记分枝计算
•     2.2.5 氨基酸频率图表及频率变换
•   2.3 结果分析
•     2.3.1 HA系统发生树及进化过程中的突变
•     2.3.2 氨基酸频率图表
•     2.3.3 频率变换及有效变换
•     2.3.4 高频次氨基酸突变
•   2.4 讨论
• 第三章 禽流感病毒H7N9 基因组适应性进化过程中的关键位点突变规律研究
•   3.1 研究背景
•   3.2 材料与方法
•     3.2.1 数据下载和预处理
•     3.2.2 多序列比对和系统发生树构建
•     3.2.3 株频率和枝频率计算
•     3.2.4 标记分枝的计算
•     3.2.5 氨基酸频率图表及有效变换
•   3.3 结果分析
•     3.3.1 H7N9 病毒HA和 NA基因的系统发生学分析
•     3.3.2 H7N9 病毒全基因组进化过程中的突变
•     3.3.3 H7N9 病毒各节段氨基酸突变评价
•   3.4 讨论
• 第四章 结论与展望
• 参考文献
• 附录 A H5N1病毒HA节段突变总表
• 作者在学期间取得的学术成果
• 主要简历
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 彭小川

导师: 梁龙

关键词: 禽流感病毒,关键突变,株频率,枝频率,氨基酸频率,有效变换,高频次突变,适应性进化

来源: 军事科学院

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技,医药卫生科技

专业: 生物学,畜牧与动物医学,基础医学

单位: 军事科学院

分类号: S852.65;R373.13

总页数: 68

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