口蹄疫病毒结构蛋白VP1生物信息学分析.pdf

实践Practice54文 蔡维杰 遵义市播州区泮水镇农业农村服务中心VP1是组成口蹄疫病毒衣壳的重要蛋白，具有该病毒的主要抗原位点，其基因序列分析已被广泛用于分子流行病学调查研究。从GenBank数据库检索并下载我国上传的FMDV VP1基因序列36个，以贵州A型FMDV VP1为参考，对蛋白理化性质、二级结构、同源性等进行分析。结果显示VP1基因编码区长度为636bp，共编码212个氨基酸，含有-螺旋、-转角等丰富的二级结构。同源性分析表明我国FMDV VP1基因核苷酸相似性为50.3%99.2%。口蹄疫病毒结构蛋白VP1生物信息学分析前沿1 引言口蹄疫病毒（FMDV）是一种导致偶蹄动物发病的小核糖核酸病毒，具有高度传染性，可通过直接或间接传播。该病毒宿主范围广泛，易感动物包括猪、牛、羊等70余种偶蹄动物，口蹄疫的流行一直影响着许多国家和地区的畜牧业发展1。口蹄疫发病的临床症状包括体温升高，蹄部、舌部和乳头出现水疱性病变，其病毒可通过气溶胶、飞沫在动物间传播，严重威胁公共卫生安全、畜牧业发展、国际贸易。世界动物卫生组织（OIE）将其列为法定报告的A类传染病，我国将其列为一类动物疫病，并实行强制免疫措施。目前发现的口蹄疫毒株包括O、A、C、Asia 1、SAT 1、SAT 2、SAT 3共7种血清型。O、A和C血清型主要出现在欧洲、南美洲、非洲和亚洲；SAT 1、SAT 2和SAT 3通常出现在撒哈拉以南的非洲地区；Asia 1主要流行于亚洲2。我国流行的FMDV血清型多以O型、A型、Asia 1为主，贵州地区现已出现O、A2种血清型。FMDV为正二十面体单链小RNA病毒，无囊膜，基因组全长约8.5kb，编码的多聚蛋白前体可裂解为VP1、VP2、VP3、VP4 4种结构蛋白及L、2A、2B、2C、3A、3B1、3B2、3B3、3C、3D等至少10种非结构蛋白3。VP1、VP2、VP3结合形成衣壳表面结构，VP4形成病毒颗粒的内部结构；结构蛋白VP1位于病毒表面，是病毒吸附、注入、复制的关键衣壳蛋白，在病毒对抗宿主免疫系统功能时发挥重要作用，是FMDV重要的抗原位点，也是FMDV变异的关键蛋白4，其基因序列的分析被广泛用于分子流行病学研究。2 材料与方法2.1 材料登录GenBank数据库，检索FMDV VP1基因，共检索到中国上传的36个FMDV VP1基因序列（登录号分别为：AF095885.1、AF403048.1、AJ131468.1、AJ318832.1、AJ318833.1、AY373583.1、55 PIGS TODAYJuly 2023EU139260.1、HQ652078.1、HQ652079.1、HQ652080.1、JF792356.1、JF837375.1、JQ693476.1、KF450794.1、KX161429.1、KY696708.1、MG840803.1、MH791315.1、MH791316.1、MH791317.1、MH791318.1、MH807443.1、AJ131666.1、JF792355.1、KF450794.1、MG840802.1、MT447399.1、AF241566.1、DQ156527.1、EF185303.1、EF185304.1、EF187272.1、EF187273.1、EF187274.1、EF428440.1、EU887277.1）。将上述基因序列下载保存为FASTA格式。2.2 方法利用EditSeq、BioEdit等软件对基因序列进行编辑（表1）。以我国贵州毒株A/GZCS/CHA/2018（GenBank:MG840802.1）为参考，利用生物信息学分析软件对其编码的蛋白质进行理化性质、二级结构进行预测分析。使用MegAlign软件对36个FMDV VP1基因序列进行核苷酸同源性分析，经BioEdit序列比对后用MEGA6.0软件对FMDV VP1基因构建系统发育树。氨酸（Ala：11.8%）、亮氨酸（Leu：9.9%）；带正电荷氨基酸残基共22个，带负电荷氨基酸残基16个。其分子式可表示为C1040H1648N300O302S6，分子量为23.37871kDa，理论等电点为9.55，该蛋白在哺乳动物体外网织红细胞中的半衰期为7.2h，在酵母体内大于20h，在大肠杆菌体内大于10h。不稳定指数为33.38，脂肪指数为83.82，平均亲水性为0.273。3.2 FMDV VP1二级结构分析使用SOPMA软件进行二级结构分析，FMDV VP1蛋白含有丰富的二级结构，其中-螺旋占25.94%，延伸链占18.87%，-转角占7.55%，随机线圈占47.64%（图1）。软件名称网址/版本功能ExPASy-ProtParamhttps:/web.expasy.org/protparam/蛋白质理化性质SOPMAhttps:/npsa-prabi.ibcp.fr/cgi-bin/npsa_automat.pl?page=npsa_sopma.html蛋白质二级结构BioEdit 7.0.9.0 序列比对MegAlign基因同源性分析MEGA6.0系统进化分析图1 FMDV VP1二级结构表1 生物信息学分析软件3 结果与分析3.1 FMDV VP1理化性质分析使用ExPASy-ProtParam软件对VP1蛋白理化性质进行分析，FMDV VP1基因编码区长度为636bp，共编码212个氨基酸，其中含量较高的氨基酸为丙3.3 FMDV VP1同源性分析使用MegAlign软件对来自我国贵州、四川、台湾等不同地区的36个核苷酸序列进行同源性分析，结果显示我国FMDV VP1基因核苷酸相似性在50.3%99.2%。贵州A/GZCS/CHA/2018（MG840802.1）与湖北A/HuBWH/CHA/2009（JF792355.1）毒株 VP1基因核苷酸相似度较高（为90.9%）；贵州O/GZSD/CHA/2018（MG840803.1）与四川O/SCGH/CHA/2016（KX161429.1）、广西O/GXCX/CHA/2018（MH791316.1）毒株 VP1基因核苷酸相似性较高（分别为91.7%、91.2%）；贵州O/GZZY/CHA/2018（MH791318.1）与甘肃O/XJBC/CHA/2017（KY696708.1）毒株VP1实践Practice56前沿基因核苷酸相似性较高（为97.2%），贵州O/CHA/7/2011株（JF837375.1）与山西O/SXXZh/CHA/2018（MH791317.1）、新疆O/XJHM/CHA/2018（MH807443.1）毒株VP1基因核苷酸相似性较高（分别为94.1%、94.8%）（图2）。3.4 FMDV VP1遗传进化分析经BioEdit软件比对后使用MEGA软件对36个FMDV VP1基因绘制遗传进化树（图3），发现贵州A/GZCS/CHA/2018（MG840802.1）与湖北A/HuBWH/CHA/2009（JF792355.1）处于同一分支，贵州O/GZSD/CHA/2018（MG840803.1）与四川O/SCGH/CHA/2016（KX161429.1）、广西O/GXCX/CHA/2018（MH791316.1）处于同一分支，贵州O/GZZY/CHA/2018（MH791318.1）与甘肃O/XJBC/CHA/2017（KY696708.1）处于同一分支，贵州O/CHA/7/2011株（JF837375.1）与山西O/SXXZh/CHA/2018（MH791317.1）、新疆O/XJHM/CHA/2018（MH807443.1）处于同一分支，其遗传距离最近。图2 FMDV VP1基因核苷酸序列相似性分析 AJ318832.1 AJ318833.1 EU139260.1 JF837375.1 MH791317.1 MH807443.1 KY696708.1 MH791318.1 JQ693476.1 MH791315.1 HQ652078.1 HQ652079.1 HQ652080.1 JF792356.1 KF450794.1 KX161429.1 MH791316.1 MG840803.1 AF095885.1 AY373583.1 AF403048.1 AJ131468.1O型 AJ131666.1 MT447399.1 JF792355.1 KF450794.1 MG840802.1A型 AF241566.1 EF428440.1 DQ156527.1 EF187273.1 EF187274.1 EU887277.1 EF185304.1 EF185303.1 EF187272.1Asia 10.000.050.100.150.200.25图3 FMDV VP1基因系统进化树57 PIGS TODAYJuly 2023FMDV易发生变异，特别是在VP1基因位置，VP1基因编码的结构蛋白是病毒的关键衣壳蛋白，该蛋白位于病毒表面，在病毒附着及对抗宿主免疫反应中起关键作用，同时也是该病毒的主要抗原位点，因此VP1基因序列的研究被广泛用于分子流行病学调查。以贵州A型FMDV VP1基因序列为参考，进行生物信息学分析，为VP1蛋白研究提供理论依据，同时有助于制定有效的FMD防控策略。参考文献1 LI K,WANG C,YANG F,et al.Virus-Host Interactions in Foot-and-Mouth Disease Virus InfectionJ.Frontiers in Immunology,2021,12:571509.2 BRITO B P,RODRIGUEZ LL,HAMMOND J M,et al.Review of the Global Distribution of Foot-and-Mouth Disease Virus from 2007 to 2014J.Transboundary and Emerging Diseases,2017 4,64(2):316-332.doi:10.1111/tbed.12373.3 方满新.口蹄疫病毒感染与复制多元调控因素研究进展J.中国兽医学报,2022,42(2):391-398.4 张芳源,杜文琪,杨大为,等.口蹄疫病毒VP1蛋白的原核表达及间接ELISA抗体检测方法的建立J.中国动物传染病学报,2022,12:1-12.doi:10.19958/31-2031/s.20221124.006.5 李显,张富东,张中旺,等.口蹄疫病毒利用自身蛋白逃逸宿主天然免疫应答的研究进展J.畜牧兽医学报,2020,51(11):2622-2632.6 HAO J,SHEN C,WEI N,et al.Foot-and-Mouth Disease Virus Capsid Protein VP1 Antagonizes TPL2-Mediated Activation of the IRF3/IFN-Signaling Pathway to Facilitate the Virus ReplicationJ.Frontiers in Immunology,2020,11:580334.doi:10.3389/fimmu.2020.580334.7 DONG H,LU Y,ZHANG Y,et al.A Heat-Induced Mutation on VP1 of Foot-and-Mouth Disease Virus Serotype O Enhanced 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