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摘要:[目的]明确广西黄牛是否存在牛乳头状瘤病毒(Bovine papillomavirus,BPV)感染,为今后制定科学的防控措施提供参考依据。[方法]从广西隆安县某黄牛养殖场青年黄牛的皮肤上采集瘤状物病料,在临床观察和组织病理学观察的基础上,采用PCR对其进行鉴定和基因型分型,再根据鉴型结果设计5对特异性引物对BPV基因组进行扩增及测序分析。[结果]黄牛皮肤瘤状物的病理组织切片观察发现,表皮与真皮增生,表皮细胞角质化和空泡化,细胞呈梭形或星形。从瘤状物中分离获得1株毒株,其与BPV-1型的同源性达99.0%,命名为BPV-GX-LA150909。BPV-GX-LA150909毒株基因组全长7946 bp,GenBank登录号为MF435918,包含早期基因区(E区)、晚期基因区(L区)和非编码区(NCR区)3个区域。BPV-GX-LA150909毒株无论是其基因组还是L1基因,均与BPV-1型的同源性最高,尤其与贵州株BPV-1 GZLZ的同源性分别为99.9%和99.7%,且在系统发育进化树上也是与BPV-1 GZLZ的遗传距离较近。BPV-GX-LA150909毒株的Ll蛋白具有潜在的B细胞抗原表位,含有17个O-糖基化位点和1个N-糖基化位点。[结论]广西黄牛群中已存在BPV-1型感染,且与国内外BPV-1型的同源性较高,说明BPV跨地区传播是不可忽视的问题。
关键词:牛乳头状瘤病毒(BPV);鉴定;基因组;L1基因;基因型;广西
中图分类号:S858.23 文献标志码:A 文章编号:2095-1191(2018)03-0563-09
0引言
[研究意义]牛乳头状瘤病毒(Bovine papillo-maims,BPV)属于牛乳头状瘤病毒科成员,能以一种特殊方式感染动物的黏膜及皮肤的上皮细胞,引起良性和恶性相关细胞的增殖(Ataseven et a1.,2016)。至今,已有黄牛、水牛、野牛、长颈鹿、斑马、羚羊、马、驴等多种脊椎动物感染BPV的報道(Roias-Anaya et a1.,2016)。黄牛是我国主要的家畜品种之一,具有役用、食用及工艺等价值。BPV能感染各年龄段的黄牛,严重时瘤体会转变成恶性,甚至导致死亡,给黄牛养殖业带来巨大经济损失。因此,加强BPV的相关研究对保障黄牛养殖业健康持续发展具有重要意义。[前人研究进展]BPV为圆形颗粒、双股DNA病毒,基因组全长7.3-8.0 kb,由3个区域组成,分别为非编码区(NCR区)、早期基因区(E区)和晚期基因区(L区)(Freltas et a1.,2011)。其中,NCR区长500-1000 bp,含有病毒复制和转录的相关调节信号;E区编码6-8种非结构蛋白(E1-E8);L区负责编码主要衣壳蛋白L1和次要衣壳蛋白L2。L1蛋白可诱导机体产生中和抗体,激发保护性免疫,是进行预防免疫的主要靶抗原,具有B细胞特异性的抗原表位。此外,L1蛋白作为一种糖蛋白,约含有500个氨基酸残基,且富含糖基化的相关位点(张海等,2016)。BPV自1929年首次报道以来,在巴西(Daudt et a1.,2016)、墨西哥(Roias-Anaya et a1.,2016)、伊拉克(Hamad et a1.,2016)、摩洛哥(Regnard et a1.,2017)等国家均有报道。BPV拥有14个基因型,分属于4个属,分别为Deltapapillomavirus属(BPV-1、BPV-2、BPV-13和BPV-14)、Xipapillomavirus属(BPV-3、BPV-4、BPV-6、BPV-9、BPV-10、BPV-11和BPV-12)、Epsilonpapillomavirus属(BPV-5和BPV-8)和Dyoxi-papillomavirus属(BPV-7)(Roperto et a1.,2016)。我国于1973年首次发现BPV,此后,贺志昊等(2013)对我国BPV新疆流行株进行全基因序列测定分析,确定为BPV-2型;梁辰等(2013)对河南某奶牛场犊牛的皮肤瘤样物进行检测,结果发现犊牛的皮肤瘤是由BPV-1型和BPV-2型引起;Pang等(2014)报道海南黄牛中存在BPV-13型感染,并对该病毒进行全基因扩增测序分析;张海等(2016,2017)先后报道了BPV贵州毒株BPV-2型和BPV-1型,并对BPV-2型L1基因编码蛋白的B细胞优势抗原表位进行分析。[本研究切入点]目前,在我国新疆、海南、贵州和河南等地均有BPV感染的相关报道,且不同地区的BPV基因型不一样。虽然广西至今未见家畜感染BPV的研究报道,但是否表明不存在BPV感染尚需进一步调查研究。[拟解决的关键问题]鉴于在广西地区开展黄牛BPV研究的必要性,2015年9月从广西隆安县某黄牛养殖场青年黄牛的皮肤上采集瘤状物病料,根据已发表的BPV基因组序列设计特异性引物对其基因组进行扩增及测序分析,旨在明确广西黄牛是否存在BPV感染,为今后制定科学的防控措施提供参考依据。
1材料与方法
1.1试验材料
2015年9月从广西隆安县某黄牛养殖场青年黄牛的头颈、背部和足部皮肤采集颗粒状、菜花样的瘤状物病料,其中一部分病料用于病原诊断,另一部分病料以4%多聚甲醛溶液进行固定。通用型基因组DNA抽提试剂盒、2×Es Taq Master Mix(Dye)、DL2000 DNA Marker、DNA胶回收试剂盒等购自北京康为世纪生物科技有限公司;PCR仪购自美国Life公司;凝胶成像系统购自美国Bio-Rad公司。
1.2引物设计与合成
先采用Hatama等(2008)设计的引物FAP59-F/FAP64-R进行PCRY.f增,鉴定BPV的基因型;然后根据GenBank中已发表的BPV基因组序列(登录号x02346),利用Oligo 7.0设计5对特异性引物,委托苏州金唯智生物科技有限公司合成,具体引物信息见表1。 1.3组织病理学观察
取瘤状物病料用4%多聚甲醛溶液进行固定,按常规方法进行脱水、透明、浸蜡、石蜡包埋、切片及HE染色,光学显微镜下观察其组织病理学变化。
1.4病毒基因组PCR扩增
参照通用型基因组DNA提取试剂盒说明抽提瘤状物病料的DNA,以此为模板,应用设计的5对特异引物进行PCR扩增。PCR反应体系25.0μL,包括2xES Taq Master Mix(Dye)12.5μL,上、下游引物各1.0μL,DNA模板2.0μL,ddH20 8.5 μL。扩增程序:95℃预变性5 min;95℃40 s,54℃50 s,72℃90 s,进行35个循环;最后72℃延伸10 min。
1.5病毒基因组测序分析
按照DNA胶回收试剂盒说明纯化回收PCR产物,与pUC-T载体连接后转化大肠杆菌DH5α感受态细胞,经PCR鉴定,取3个阳性菌液送至苏州金唯智生物科技有限公司测序。然后采用MegAlign进行序列同源性比对分析,并以MEGA 7.0进行系统发育进化树分析;应用Lasergene 7.0中的Protean进行B细胞抗原表位预测,同时采用NetOGlvc 4.0 Server(http:∥www.cbs.dtu.dk/services/NetOGlyc/)和NetNGlyc 1.0Server(http://www.cbs.dtu.dk/services/NetNGlyc/)分别进行O-糖基化位点和N-糖基化位点分析。
2结果与分析
2.1黄牛皮肤瘤状物病理组织切片的观察结果
黄牛的头颈、背部和足部皮肤有颗粒状、菜花样的瘤状物(图1-a)。对黄牛皮肤瘤状物进行病理组织切片,经HE染色后镜检发现,表皮细胞呈过度角质化(图1-b);表皮与真皮增生,部分颗粒细胞呈空泡化现象(图1-c);细胞呈梭形或星型,可观察到早期细胞核分裂象(图1-d)。
2.2病毒PCR鉴定结果
以FAP59-F/FAP64-R为引物、瘤状物病料的基因组DNA为模板进行PCR扩增,结果获得与预期结果相符的目的条带(图2)。对扩增获得的目的条带进行回收测序,测序结果在NCBI上进行同源性比对分析,结果表明,本研究分离获得的毒株与BPV-1型的同源性达99.0%,由此推测该分离毒株为BPV-1型,并命名为BPV-GX-LA150909。
2.3病毒基因组PCR扩增结果
以设计的5对特异性引物对BPV-GX-LA150909毒株进行全基因扩增,结果获得大小分别为1805、1902、1944、1946和1104 bp的5条单一条带(图3),而所有的阴性对照均未扩增出任何条带,与预期结果符合,说明设计的5对引物特异性良好。
2.4病毒基因组序列分析结果
应用Lasergene 7.0中的SeqMan对BPV-GX-LA150909毒株的5段基因进行拼接,得到其基因组全长7946 bp,GC含量为45.32%,将序列提交至Gen-Bank,登录号为MF435918。该病毒基因组包含E区、L区和NCR区3个区域(图4_b)。8个开放阅读框(0RF)分别编码6个早期蛋白(E6、E7、E1、E2、E4和E5)和2个晚期蛋白(L2和L1),详见表2。其中,E6、E7、E1和E2基因有部分重叠,E4基因完全包含在E2基因中,E4和E5基因没有重叠。E2基因在481~491nt上含有1个E2结合位点的共有序列(ACCX6GGT)(张婉琪等,2015);E6蛋白在18~22 aa位置上含有成视网膜母细胞瘤蛋白(pRb)结合位点(LXCxE),而E7蛋白在82~118 aa位置上含有典型的锌指结构域(CX2CX29CX2C)(Munday et a1.,2015)。
BPV-GX—LAl50909毒株在L1和E6之间存在一个长934 bp的NcR区(图4-a和图4-c),主要起调节病毒转录的作用(Munday et a1.,2015)。该基因组在59~66 nt(TATAAAA)位置上和7109~7115 nt(TATA-AAT)位置上存在TATA盒子(图4中的红色虚线方框);在7156~7161 nt(AATAAA)的位置上有E区和L区mRNA的多腺苷酸化信号p10y(A)(图4中的绿色实线方框);在7627~7638 nt的位置上有回文结构(TcGGTGCAccGA),即NcR区增强子序列(图4中的黄色椭圆部分)。BPV-GX-LA150909毒株的核因子结合位点NF-1位于基因组7326~7331 nt(TTGGCA)的位置上(图4中的蓝色波浪线)。此外,NcR区含有10个E2结合位点的共有序列(ACCx。GGT)(图4中的紫色划线部分),分别位于7203~7214 nt(ACCACACCCGGT)、7365~7376 nt(ACCGGCGGCGGT)、7408~7419 nt(ACCTATCCCGGT)、75 10~7521nt(ACCAGAACTGGT)、7591~7662 nt(ACCAGTAATGGT)、7620~763 1 nt(ACCGCCATCGGT)、7634-7645 nt(ACCGATATAGGT)、7760~7771 nt(ACCGTTGCCGGT)、778 1~7792 nt(ACCGTCTTCGGT)和7896~7907 nt(ACCGAAACCGGT)。
2.5病毒基因组及L1基因核苷酸序列的同源性比对分析结果
对BPV-GX-LA150909毒株与14种BPV基因型16株参考株(表3)的基因组进行核苷酸序列同源性比对分析,结果发现其同源性在41.8%~99.9%(图5),其中与贵州株BPV-1 GZLz(MF045489)型的同源性最高(99.9%),与BPV-1(Nc001522)和新疆株BPV-1 SY-12(KX907623)的同源性也超过99.0%,而与BPV-7(Nc007612)的同源性最低(41.8%)。同时,对BPV-GX—LA150909毒株与16株参考株的L1基因进行核苷酸序列同源性比对分析,结果发现其同源性在52.4%~99.7%(图6),与BPV-1 GzLZ(MF045489)、BPV-1(NC001522)和BPV-1 SY-12(KX907623)的同源性均在99.0%以上,進一步佐证BPV-GX-LA150909毒株属于BPV-1型。 2.6基于病毒基因组及L1基因核苷酸序列的系统发育进化树分析结果
基于BPV基因组核苷酸序列,采用MEGA 7.0对BPV-GX-LA150909毒株和16株参考株进行系统发育进化树分析,结果显示1 7株BPV分离株可分成4个属(图7)。其中,BPV-GX-LA150909毒株与BPV-1型分离株先聚在同一分支上,再与BPV-2(KC878306)、BPV-13(JQ798171)和BPV-14(KR868228)聚在Del-tapapillomavirus属分支上。基于L1基因核苷酸序列构建的系统发育进化树也得到相同结果(图8)。
2.7L1蛋白B细胞抗原表位预测及糖基化位点预测结果
采用Protean对BPV-GX-LA150909毒株的L1蛋白进行B抗原表位预测,结果表明,α-螺旋、β-折叠和无规则卷曲区域出现的概率较高,而β-转角出现的概率较低;该蛋白的亲水性良好、柔韧性分布均匀、抗原性和表面可极性高(图9)。BPV-GX-LA150909毒株的L1蛋白具有潜在的B细胞抗原表位,与张海等(2016)的研究结果一致。此外,L1蛋白的O-糖基化位点和N-糖基化位点预测结果表明,BPV-GX-LA1 50909毒株L1蛋白含有17个N-糖基化位点(15T、133T、134T、136T、137T、166T、167T、173T、268T、421S、428S、474S、475T、482S、485T、486S和487S)和1个N-糖基化位点(338NLT),与3株BPV-1型参考株的预测结果一致,但与其他13株参考毒株存在明显差异。
3讨论
BPV可诱发纤维乳头状瘤和皮肤乳头状瘤及黏膜损伤,通常受环境的协同影响可演变为恶性病变。BPV的基因型众多,不同基因型侵害的部位和临床病变也会存在一定差异,如BPV-1型和BPV-2型不仅可引起纤维乳头状瘤,还能引起膀胱尿路上臂的非增殖性感染(Resendes et a1.,2011)。此外,在牛皮肤肿瘤病变和膀胱肿瘤能检测到BPV一14型(Ropertoet a1.,2016)。Xipapillomavirus属具有严格宿主的转移性,BPV-4型可引起乳头瘤病和上消化道癌症(Zhu et a1.,2012);BPV-9型和BPV-10型可引起乳房的鳞状上皮乳头瘤,而皮肤乳头瘤的发生可能还与BPV-3型有关(Batista et a1.,2013);BPV-5型和BPV-8型可引起纤维乳头状瘤和真皮乳头状瘤(Tomitaet a1.,2007),但至今未见BPV-7型具有致病性的报道。本研究结果表明,从广西隆安县某黄牛养殖场青年黄牛皮肤瘤状物中分离获得的BPV-GX-LA150909毒株无论是基因组还是L1基因,均与BPV-1型的同源性最高,尤其与BPV一1 GZLZ的同源性分别为99.9%和99.7%,且在系统发育进化树上也是与BPV-1GZLZ的遗传距离较近,可能是该分离毒株与BPV-1GZLZ具有相同的来源。这与近年广西从区外大量引进牛种有关,随着牛市交易的频繁,给BPV等病源的传播创造了条件,从而给广西养牛行业的持续健康发展带来巨大挑战。
L1基因较保守,具有重要的生物学功能,常作为乳头瘤病毒基因型的鉴定指标(史巧芸等,2015)。L1基因编码的衣壳蛋白暴露在病毒粒子表面,可能与病毒感染及免疫有关(Doorbar,2005)。此外,L1基因能自我组装成病毒样颗粒,但无致瘤活性,是研制疫苗的候选基因。因此,越来越多的学者开始致力于L1基因研究。贺志昊等(2014)、赵天靖等(2015)分别对BPV-2型和BPV-13型的L1基因进行克隆及原核表达,均证明L1蛋白具有良好的反应原性和免疫原性。本研究采用Protean对分离毒株的L1蛋白进行B抗原表位预测,结果表明,BPV-GX-LA1 50909毒株的L1蛋白具有潜在的B细胞抗原表位,但是否能引起机体免疫反应、产生特异性抗体,还需进一步研究验证。糖基化是在酶的控制下,将糖转移至蛋白质并与蛋白质上的氨基酸残基形成糖苷键的过程。O-糖基化是将糖链转移到多肽链丝氨酸(ser)或苏氨酸(Thr)的羟基氧原子上(连高焱和俞飚,2012),O-糖链的功能是维持与连接蛋白质的空间构象,起保护作用(刘可人等,2006);而N-糖基化位点与O-糖基化位点不同,其保守序列是N-X-S/T,其中X是除脯氨酸(P)以外的其他氨基酸,N是糖基化位点。病毒表面蛋白发生的N-糖基化在病毒感染和扩散等方面发挥着重要作用。本研究发现BPV-GX-LA150909毒株的L1蛋白含有17个O-糖基化位点和1个N-糖基化位点,可能与蛋白正确折叠及增加蛋白的稳定性有关。蛋白糖基化是连接蛋白质和糖类的桥梁,因此下一步需加强对BPV L1蛋白糖基化的研究,为阐明其发病机制及早期诊断治疗提供科学依据。
4结论
广西黄牛群中已存在BPV-1型感染,且与国内外BPV-1型的同源性较高,说明BPV跨地區传播是不可忽视的问题。
(责任编辑 兰宗宝)
关键词:牛乳头状瘤病毒(BPV);鉴定;基因组;L1基因;基因型;广西
中图分类号:S858.23 文献标志码:A 文章编号:2095-1191(2018)03-0563-09
0引言
[研究意义]牛乳头状瘤病毒(Bovine papillo-maims,BPV)属于牛乳头状瘤病毒科成员,能以一种特殊方式感染动物的黏膜及皮肤的上皮细胞,引起良性和恶性相关细胞的增殖(Ataseven et a1.,2016)。至今,已有黄牛、水牛、野牛、长颈鹿、斑马、羚羊、马、驴等多种脊椎动物感染BPV的報道(Roias-Anaya et a1.,2016)。黄牛是我国主要的家畜品种之一,具有役用、食用及工艺等价值。BPV能感染各年龄段的黄牛,严重时瘤体会转变成恶性,甚至导致死亡,给黄牛养殖业带来巨大经济损失。因此,加强BPV的相关研究对保障黄牛养殖业健康持续发展具有重要意义。[前人研究进展]BPV为圆形颗粒、双股DNA病毒,基因组全长7.3-8.0 kb,由3个区域组成,分别为非编码区(NCR区)、早期基因区(E区)和晚期基因区(L区)(Freltas et a1.,2011)。其中,NCR区长500-1000 bp,含有病毒复制和转录的相关调节信号;E区编码6-8种非结构蛋白(E1-E8);L区负责编码主要衣壳蛋白L1和次要衣壳蛋白L2。L1蛋白可诱导机体产生中和抗体,激发保护性免疫,是进行预防免疫的主要靶抗原,具有B细胞特异性的抗原表位。此外,L1蛋白作为一种糖蛋白,约含有500个氨基酸残基,且富含糖基化的相关位点(张海等,2016)。BPV自1929年首次报道以来,在巴西(Daudt et a1.,2016)、墨西哥(Roias-Anaya et a1.,2016)、伊拉克(Hamad et a1.,2016)、摩洛哥(Regnard et a1.,2017)等国家均有报道。BPV拥有14个基因型,分属于4个属,分别为Deltapapillomavirus属(BPV-1、BPV-2、BPV-13和BPV-14)、Xipapillomavirus属(BPV-3、BPV-4、BPV-6、BPV-9、BPV-10、BPV-11和BPV-12)、Epsilonpapillomavirus属(BPV-5和BPV-8)和Dyoxi-papillomavirus属(BPV-7)(Roperto et a1.,2016)。我国于1973年首次发现BPV,此后,贺志昊等(2013)对我国BPV新疆流行株进行全基因序列测定分析,确定为BPV-2型;梁辰等(2013)对河南某奶牛场犊牛的皮肤瘤样物进行检测,结果发现犊牛的皮肤瘤是由BPV-1型和BPV-2型引起;Pang等(2014)报道海南黄牛中存在BPV-13型感染,并对该病毒进行全基因扩增测序分析;张海等(2016,2017)先后报道了BPV贵州毒株BPV-2型和BPV-1型,并对BPV-2型L1基因编码蛋白的B细胞优势抗原表位进行分析。[本研究切入点]目前,在我国新疆、海南、贵州和河南等地均有BPV感染的相关报道,且不同地区的BPV基因型不一样。虽然广西至今未见家畜感染BPV的研究报道,但是否表明不存在BPV感染尚需进一步调查研究。[拟解决的关键问题]鉴于在广西地区开展黄牛BPV研究的必要性,2015年9月从广西隆安县某黄牛养殖场青年黄牛的皮肤上采集瘤状物病料,根据已发表的BPV基因组序列设计特异性引物对其基因组进行扩增及测序分析,旨在明确广西黄牛是否存在BPV感染,为今后制定科学的防控措施提供参考依据。
1材料与方法
1.1试验材料
2015年9月从广西隆安县某黄牛养殖场青年黄牛的头颈、背部和足部皮肤采集颗粒状、菜花样的瘤状物病料,其中一部分病料用于病原诊断,另一部分病料以4%多聚甲醛溶液进行固定。通用型基因组DNA抽提试剂盒、2×Es Taq Master Mix(Dye)、DL2000 DNA Marker、DNA胶回收试剂盒等购自北京康为世纪生物科技有限公司;PCR仪购自美国Life公司;凝胶成像系统购自美国Bio-Rad公司。
1.2引物设计与合成
先采用Hatama等(2008)设计的引物FAP59-F/FAP64-R进行PCRY.f增,鉴定BPV的基因型;然后根据GenBank中已发表的BPV基因组序列(登录号x02346),利用Oligo 7.0设计5对特异性引物,委托苏州金唯智生物科技有限公司合成,具体引物信息见表1。 1.3组织病理学观察
取瘤状物病料用4%多聚甲醛溶液进行固定,按常规方法进行脱水、透明、浸蜡、石蜡包埋、切片及HE染色,光学显微镜下观察其组织病理学变化。
1.4病毒基因组PCR扩增
参照通用型基因组DNA提取试剂盒说明抽提瘤状物病料的DNA,以此为模板,应用设计的5对特异引物进行PCR扩增。PCR反应体系25.0μL,包括2xES Taq Master Mix(Dye)12.5μL,上、下游引物各1.0μL,DNA模板2.0μL,ddH20 8.5 μL。扩增程序:95℃预变性5 min;95℃40 s,54℃50 s,72℃90 s,进行35个循环;最后72℃延伸10 min。
1.5病毒基因组测序分析
按照DNA胶回收试剂盒说明纯化回收PCR产物,与pUC-T载体连接后转化大肠杆菌DH5α感受态细胞,经PCR鉴定,取3个阳性菌液送至苏州金唯智生物科技有限公司测序。然后采用MegAlign进行序列同源性比对分析,并以MEGA 7.0进行系统发育进化树分析;应用Lasergene 7.0中的Protean进行B细胞抗原表位预测,同时采用NetOGlvc 4.0 Server(http:∥www.cbs.dtu.dk/services/NetOGlyc/)和NetNGlyc 1.0Server(http://www.cbs.dtu.dk/services/NetNGlyc/)分别进行O-糖基化位点和N-糖基化位点分析。
2结果与分析
2.1黄牛皮肤瘤状物病理组织切片的观察结果
黄牛的头颈、背部和足部皮肤有颗粒状、菜花样的瘤状物(图1-a)。对黄牛皮肤瘤状物进行病理组织切片,经HE染色后镜检发现,表皮细胞呈过度角质化(图1-b);表皮与真皮增生,部分颗粒细胞呈空泡化现象(图1-c);细胞呈梭形或星型,可观察到早期细胞核分裂象(图1-d)。
2.2病毒PCR鉴定结果
以FAP59-F/FAP64-R为引物、瘤状物病料的基因组DNA为模板进行PCR扩增,结果获得与预期结果相符的目的条带(图2)。对扩增获得的目的条带进行回收测序,测序结果在NCBI上进行同源性比对分析,结果表明,本研究分离获得的毒株与BPV-1型的同源性达99.0%,由此推测该分离毒株为BPV-1型,并命名为BPV-GX-LA150909。
2.3病毒基因组PCR扩增结果
以设计的5对特异性引物对BPV-GX-LA150909毒株进行全基因扩增,结果获得大小分别为1805、1902、1944、1946和1104 bp的5条单一条带(图3),而所有的阴性对照均未扩增出任何条带,与预期结果符合,说明设计的5对引物特异性良好。
2.4病毒基因组序列分析结果
应用Lasergene 7.0中的SeqMan对BPV-GX-LA150909毒株的5段基因进行拼接,得到其基因组全长7946 bp,GC含量为45.32%,将序列提交至Gen-Bank,登录号为MF435918。该病毒基因组包含E区、L区和NCR区3个区域(图4_b)。8个开放阅读框(0RF)分别编码6个早期蛋白(E6、E7、E1、E2、E4和E5)和2个晚期蛋白(L2和L1),详见表2。其中,E6、E7、E1和E2基因有部分重叠,E4基因完全包含在E2基因中,E4和E5基因没有重叠。E2基因在481~491nt上含有1个E2结合位点的共有序列(ACCX6GGT)(张婉琪等,2015);E6蛋白在18~22 aa位置上含有成视网膜母细胞瘤蛋白(pRb)结合位点(LXCxE),而E7蛋白在82~118 aa位置上含有典型的锌指结构域(CX2CX29CX2C)(Munday et a1.,2015)。
BPV-GX—LAl50909毒株在L1和E6之间存在一个长934 bp的NcR区(图4-a和图4-c),主要起调节病毒转录的作用(Munday et a1.,2015)。该基因组在59~66 nt(TATAAAA)位置上和7109~7115 nt(TATA-AAT)位置上存在TATA盒子(图4中的红色虚线方框);在7156~7161 nt(AATAAA)的位置上有E区和L区mRNA的多腺苷酸化信号p10y(A)(图4中的绿色实线方框);在7627~7638 nt的位置上有回文结构(TcGGTGCAccGA),即NcR区增强子序列(图4中的黄色椭圆部分)。BPV-GX-LA150909毒株的核因子结合位点NF-1位于基因组7326~7331 nt(TTGGCA)的位置上(图4中的蓝色波浪线)。此外,NcR区含有10个E2结合位点的共有序列(ACCx。GGT)(图4中的紫色划线部分),分别位于7203~7214 nt(ACCACACCCGGT)、7365~7376 nt(ACCGGCGGCGGT)、7408~7419 nt(ACCTATCCCGGT)、75 10~7521nt(ACCAGAACTGGT)、7591~7662 nt(ACCAGTAATGGT)、7620~763 1 nt(ACCGCCATCGGT)、7634-7645 nt(ACCGATATAGGT)、7760~7771 nt(ACCGTTGCCGGT)、778 1~7792 nt(ACCGTCTTCGGT)和7896~7907 nt(ACCGAAACCGGT)。
2.5病毒基因组及L1基因核苷酸序列的同源性比对分析结果
对BPV-GX-LA150909毒株与14种BPV基因型16株参考株(表3)的基因组进行核苷酸序列同源性比对分析,结果发现其同源性在41.8%~99.9%(图5),其中与贵州株BPV-1 GZLz(MF045489)型的同源性最高(99.9%),与BPV-1(Nc001522)和新疆株BPV-1 SY-12(KX907623)的同源性也超过99.0%,而与BPV-7(Nc007612)的同源性最低(41.8%)。同时,对BPV-GX—LA150909毒株与16株参考株的L1基因进行核苷酸序列同源性比对分析,结果发现其同源性在52.4%~99.7%(图6),与BPV-1 GzLZ(MF045489)、BPV-1(NC001522)和BPV-1 SY-12(KX907623)的同源性均在99.0%以上,進一步佐证BPV-GX-LA150909毒株属于BPV-1型。 2.6基于病毒基因组及L1基因核苷酸序列的系统发育进化树分析结果
基于BPV基因组核苷酸序列,采用MEGA 7.0对BPV-GX-LA150909毒株和16株参考株进行系统发育进化树分析,结果显示1 7株BPV分离株可分成4个属(图7)。其中,BPV-GX-LA150909毒株与BPV-1型分离株先聚在同一分支上,再与BPV-2(KC878306)、BPV-13(JQ798171)和BPV-14(KR868228)聚在Del-tapapillomavirus属分支上。基于L1基因核苷酸序列构建的系统发育进化树也得到相同结果(图8)。
2.7L1蛋白B细胞抗原表位预测及糖基化位点预测结果
采用Protean对BPV-GX-LA150909毒株的L1蛋白进行B抗原表位预测,结果表明,α-螺旋、β-折叠和无规则卷曲区域出现的概率较高,而β-转角出现的概率较低;该蛋白的亲水性良好、柔韧性分布均匀、抗原性和表面可极性高(图9)。BPV-GX-LA150909毒株的L1蛋白具有潜在的B细胞抗原表位,与张海等(2016)的研究结果一致。此外,L1蛋白的O-糖基化位点和N-糖基化位点预测结果表明,BPV-GX-LA1 50909毒株L1蛋白含有17个N-糖基化位点(15T、133T、134T、136T、137T、166T、167T、173T、268T、421S、428S、474S、475T、482S、485T、486S和487S)和1个N-糖基化位点(338NLT),与3株BPV-1型参考株的预测结果一致,但与其他13株参考毒株存在明显差异。
3讨论
BPV可诱发纤维乳头状瘤和皮肤乳头状瘤及黏膜损伤,通常受环境的协同影响可演变为恶性病变。BPV的基因型众多,不同基因型侵害的部位和临床病变也会存在一定差异,如BPV-1型和BPV-2型不仅可引起纤维乳头状瘤,还能引起膀胱尿路上臂的非增殖性感染(Resendes et a1.,2011)。此外,在牛皮肤肿瘤病变和膀胱肿瘤能检测到BPV一14型(Ropertoet a1.,2016)。Xipapillomavirus属具有严格宿主的转移性,BPV-4型可引起乳头瘤病和上消化道癌症(Zhu et a1.,2012);BPV-9型和BPV-10型可引起乳房的鳞状上皮乳头瘤,而皮肤乳头瘤的发生可能还与BPV-3型有关(Batista et a1.,2013);BPV-5型和BPV-8型可引起纤维乳头状瘤和真皮乳头状瘤(Tomitaet a1.,2007),但至今未见BPV-7型具有致病性的报道。本研究结果表明,从广西隆安县某黄牛养殖场青年黄牛皮肤瘤状物中分离获得的BPV-GX-LA150909毒株无论是基因组还是L1基因,均与BPV-1型的同源性最高,尤其与BPV一1 GZLZ的同源性分别为99.9%和99.7%,且在系统发育进化树上也是与BPV-1GZLZ的遗传距离较近,可能是该分离毒株与BPV-1GZLZ具有相同的来源。这与近年广西从区外大量引进牛种有关,随着牛市交易的频繁,给BPV等病源的传播创造了条件,从而给广西养牛行业的持续健康发展带来巨大挑战。
L1基因较保守,具有重要的生物学功能,常作为乳头瘤病毒基因型的鉴定指标(史巧芸等,2015)。L1基因编码的衣壳蛋白暴露在病毒粒子表面,可能与病毒感染及免疫有关(Doorbar,2005)。此外,L1基因能自我组装成病毒样颗粒,但无致瘤活性,是研制疫苗的候选基因。因此,越来越多的学者开始致力于L1基因研究。贺志昊等(2014)、赵天靖等(2015)分别对BPV-2型和BPV-13型的L1基因进行克隆及原核表达,均证明L1蛋白具有良好的反应原性和免疫原性。本研究采用Protean对分离毒株的L1蛋白进行B抗原表位预测,结果表明,BPV-GX-LA1 50909毒株的L1蛋白具有潜在的B细胞抗原表位,但是否能引起机体免疫反应、产生特异性抗体,还需进一步研究验证。糖基化是在酶的控制下,将糖转移至蛋白质并与蛋白质上的氨基酸残基形成糖苷键的过程。O-糖基化是将糖链转移到多肽链丝氨酸(ser)或苏氨酸(Thr)的羟基氧原子上(连高焱和俞飚,2012),O-糖链的功能是维持与连接蛋白质的空间构象,起保护作用(刘可人等,2006);而N-糖基化位点与O-糖基化位点不同,其保守序列是N-X-S/T,其中X是除脯氨酸(P)以外的其他氨基酸,N是糖基化位点。病毒表面蛋白发生的N-糖基化在病毒感染和扩散等方面发挥着重要作用。本研究发现BPV-GX-LA150909毒株的L1蛋白含有17个O-糖基化位点和1个N-糖基化位点,可能与蛋白正确折叠及增加蛋白的稳定性有关。蛋白糖基化是连接蛋白质和糖类的桥梁,因此下一步需加强对BPV L1蛋白糖基化的研究,为阐明其发病机制及早期诊断治疗提供科学依据。
4结论
广西黄牛群中已存在BPV-1型感染,且与国内外BPV-1型的同源性较高,说明BPV跨地區传播是不可忽视的问题。
(责任编辑 兰宗宝)