论文部分内容阅读
近年来,随着新病原不断涌现,新发传染病在全世界范围内爆发流行,给人畜生命健康造成了极大威胁。鸟类作为自然界中最丰富的物种之一,是许多致病病毒的重要天然宿主。野生鸟类携带的病毒会随着迁徙进行远距离传播,在人类及动物群体内引起新的疫情。鸟类消化道是鸟类携带病毒类群最多的微环境之一,消化道内存在的病毒会随着排泄物排到体外,在鸟类飞行范围内可以造成水源、土壤、食物甚至是空气的污染,形成传染源。鸟类除了携带大量已知的病毒,还可能藏匿对人类、家畜及其他野生动物有潜在致病性的新型病毒或重组病毒,这些病毒不易被传统的检测方法所发现,危害性更大。传统的病毒检测方法在未知病毒或高变异重组病毒的检测方面存在诸多局限,而一种新的不依赖于病毒基因信息和细胞培养就能进行快速检测病毒的病毒宏基因组学（Viral metagenomics）方法,帮助我们解决了在研究鸟类消化道病毒组解析中遇到的问题,可以快速有效地发现鸟类消化道隐藏的未知新型病毒。为了阐明鸟类消化道病毒群落,发现鸟类消化道潜在危害公共卫生安全的病毒类群,本研究大规模采集鸟类泄殖腔拭子样品,基于病毒宏基因组学理论及技术体系,对采集的鸟类泄殖腔拭子样本构建病毒宏基因组文库,利用Illumina Nova Seq测序平台获得下一代测序大数据,进而利用生物信息学解析鸟类消化道病毒群落的组成和多样性,挖掘潜在新型病毒,分析其遗传学特征和潜在的基因组同源重组事件,为防控我国鸟类来源新发病毒传染病爆发的防控预警及诊治提供技术支撑和遗传学资料,也对我国珍稀鸟类的保护具有重要意义。本研究的主要内容和结果如下:1、鸟类消化道病毒群落解析:对来自不同目别、不同采集地、不同栖息地（野生和养殖）及不同行为习性（留鸟和候鸟）的2689个鸟类泄殖腔拭子样本进行病毒群落解析,病毒群落在科的总体水平上组成为:细小病毒科（Parvoviridae）31.15%、双顺反子病毒科（Dicistroviridae）22.60%、小RNA病毒科（Picornaviridae）15.40%、传染性软化症病毒科（Iflaviridae）11.56%、未分类核糖病毒域（unclassified Riboviria）10.80%、类双生病毒科（Genomoviridae）4.03%、星状病毒科（Astroviridae）1.90%、未分类小核糖核酸病毒目（unclassified Picornavirales）0.97%、冠状病毒科（Coronaviridae）0.34%、多顺反子类RNA病毒科（Polycipiviridae）0.34%、野田村病毒科（Nodaviridae）0.34%及其它病毒科0.57%。鸟类消化道病毒群落的组成呈现以下显著特点:（1）鸟类消化道病毒群落的构成呈现较高多样性。（2）该病毒群落的优势病毒类群由细小病毒科（Parvoviridae）、双顺反子病毒科（Dicistroviridae）及小RNA病毒科（Picornaviridae）构成,三者占全部病毒的69.15%。（3）在鸟类目水平上,雀形目鸟类的病毒多样性高于其他9个目。不同采样点中,黑龙江新青鸟类环志站鸟类泄殖腔拭子样本中的病毒群落比其他采样点具有更高的多样性。候鸟和留鸟之间的病毒群落多样性没有明显差异。从鸟类养殖模式上看,野生鸟类的病毒多样性高于养殖鸟类,其中一些病毒（如Dicistroviridae和Iflaviridae）在养殖鸟类和野生鸟类之间表现出不同的分布模式。2、鸟类消化道潜在威胁人畜健康的新型病毒遗传特征分析本研究从构建的182个鸟类病毒文库中获得了553个具有完整病毒编码区（CDS）的病毒基因组序列。该553个病毒基因组属于21个不同的病毒科和未分类病毒组。其中424个基因组属于RNA病毒,129个基因组属于DNA病毒。486株病毒基因组来自野生鸟,67株病毒基因组来自养殖鸟。395株病毒基因组来自候鸟,158株病毒基因组来自留鸟。基于553个全基因组序列在公共数据库内进行BLASTx搜索,发现其中301个基因组与Gen Bank中的最佳匹配毒株的氨基酸序列同源性＜60%。研究进而对该553个病毒分别进行了基因组结构、分类地位、系统发育特点及基因重组等相关遗传学特征分析。结果:（1）研究发现了182个潜在感染哺乳动物及鸟类的新型病毒全基因组,从病毒分类学上包括33个星状病毒,6个冠状病毒（均属于Deltacoronavirus病毒属）,3个逆转录病毒,6个杯状病毒,32个小RNA病毒,82个细小病毒,14个圆环病毒和6个腺病毒。（2）研究发现了鸟类肠道内具有较小基因组序列且可能作为鸟类消化道噬菌体组成指示标志物的15个新型噬菌体,包括4个丝状噬菌体和11个微小噬菌体。（3）小RNA病毒及冠状病毒基因组序列呈现广泛的基因重组现象。（4）星状病毒及杯状病毒内一些成员具有潜在的跨不同宿主物种传播的特点。（5）雀形目鸟类Deltacoronavirus流行率为0.75%（16/2140）。结论:运用病毒宏基因组学方法解析了鸟类消化道病毒群落,病毒在宿主不同目水平、不同采集地、不同栖息地（野生和养殖）等变量间分布存在差异,而在宿主不同行为特征（留鸟和候鸟）两组之间的分布没有显著差异。此外,从鸟类病毒群落数据内组装并鉴定了553个具有完整CDS的病毒基因组序列,其中包括182个潜在感染鸟类和哺乳动物的新型病毒基因组序列和15个可以作为鸟类消化道噬菌体指示物的新型噬菌体全基因组。详细阐述了该553个病毒毒株的分类地位,部分病毒的基因重组现象和跨种间感染潜能,完成了雀形目鸟类Deltacoronavirus病毒流行病学筛查。该研究结果对未来鸟类相关病毒引起的人畜新发传染病爆发流行的诊治及防控具有重要意义。