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杆状病毒是一类具有囊膜包裹的双链环状DNA病毒,其基因组大小为80~180kb,在自然界中以节肢动物作为宿主进行广泛的感染和传播。杆状病毒区别于其它病毒的一个主要特点是其具有两种不同的病毒粒子形式,一种为出芽型的病毒粒子,简称BV,主要介导细胞与细胞之间的系统感染,另一种为包埋型的病毒粒子,简称ODV,主要通过口服感染的途径特异性的感染宿主的中肠上皮细胞。目前的研究发现,至少四个基因在ODV早期感染的过程中发挥了重要作用,它们是p74,pif1,pif2和pif3,这四个基因都是ODV口服感染必需基因,缺少任何一个都不能形成有效的感染。本文主要以棉铃虫核多角体病毒(Helicoverpa armigera single nucleopolyhedrovirus,简称HearNPV)为研究对象,对杆状病毒口服感染相关基因(per os infectivity factor,简称pif),即p74(ORF20),pif1(ORF111),pif2(ORF132)和pif3(ORF98)的功能进行了研究,研究结果有助于进一步了解杆状病毒口服感染的机理。论文包括五个章节:
第一章:本论文的引言,对杆状病毒的研究背景和口服感染相关基因的研究进展进行了系统的综述,同时也对本研究的研究目的和研究意义进行了简单介绍。
第二章:HearNPV口服感染相关蛋白的抗体制备及其在病毒粒子中的定位。将截掉跨膜区的p74,pif1,pjf3和全长的pif2克隆到原核表达载体pET-28a,将构建好的表达载体转化到大肠杆菌BL21中,经IPTG诱导表达后割胶纯化目的蛋白,免疫家兔,制备PIFs的抗血清,免疫杂交实验证明抗血清能与原核表达的和病毒来源的PIFs发生特异性的免疫反应。用Westem blot的方法对HearNPV PIFs进行了定位,检测样品包括BV, ODV,核衣壳以及ODV囊膜,检测结果显示,四个PIF均为ODV特异性的蛋白,并且定位于ODV的囊膜。
第三章:HearNPV口服感染相关基因的功能研究。利用HalBacH28 bacmid系统,构建了prfs缺失重组病毒vHaBac△pifs-ph和回复病毒vHaBac-pifsR-ph以及对照病毒vHaBac-egfp-ph。重组病毒用PCR和HindⅢ酶切的方法进行鉴定。细胞感染和幼虫注射实验证明所有的重组病毒均具备BV感染能力。重组病毒的口服感染能力测试实验证明,缺失任何一个pif基因都导致病毒的口服感染活性完全丧失,而vHaBac-egfp-ph,vHaBac-pifR-ph则都具有与野生型病毒相似的口服感染能力。由于1%浓度的Calcofluor能够破坏棉铃虫的围食膜(peritrophic membrance,PM),故将该浓度的Calcofluor分别与vHaBac△pifs-ph的多角体混合后喂食三龄初的棉铃虫,观察虫体的死亡情况,结果显示没有虫子死于多角体病,说明围食膜并不是PIFs的作用位点。
第四章:杆状病毒口服感染基因的病毒特异性研究。将AcMNPV, SeMNPV,ChchNPV以及SpltNPV的四个pifs分别用来替代HearNPV的同源基因,构建了vHaBac△pifs-Acpifs,vHaBac△pifs-Sepifs,vHaBac△pifs-Chchpifs和vHaBac△pifs-Spltpifs共16个重组病毒,口服感染能力的检测结果显示,除SpltNPV的PIF3能部分替代HearNPV PIF3的功能外,其它的重组病毒均完全丧失了口服感染的能力,说明杆状病毒的PIF具有很强的病毒特异性。
第五章:HearNPV PIF3的功能研究。本章通过截短和点突变实验研究了PIF3的结构与功能的关系。构建了含有C端和N端(保留了跨膜区)分别截短20和40个氨基酸的PIF3的重组病毒,重组病毒的口服感染能力的测定结果表明,在将其C端截掉20个氨基酸以后,重组病毒仍具有口服感染能力,但其LC50明显增加,而另外三个含有截短型PIF3的重组病毒则完全丧失了口服感染能力。接着构建了含有第162,164,185位的半胱氨酸单突变,以及162和164位半胱氨酸双突玻PIF3的重组病毒vHaBao-pif3C162G-ph,vHaBac-pif3C164G-ph,vHaBac-pif3C162/164G-ph和vHaBac-pif3c185G-ph,生测结果显示,vHaBac-pif3C1620-ph,vHaBac-pif3C640-ph,的口服感染能力与野生型病毒相比均有所下降,vHaBac-pif3C162/164G-ph则完全没有口服感染能力,vHaBac-pif3C185G-ph的口服感染能力与野生型病毒相似。