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苜蓿丫纹夜蛾核多角体病毒(AcMNPV)是杆状病毒的代表种,AcMNPV基因组第76开放阅读框(ac76)及其同源基因分别存在于所有已测序鳞翅目昆虫杆状病毒基因组中,其编码的氨基酸序列保守,但该基因的功能未知。
ac76位于AcMNPV基因组nt63543~nt63797之间,全长255 bp,编码84个氨基酸,预计编码蛋白的分子量为9.4401 kDa。在其起始密码子ATG上游存在一个典型的杆状病毒晚期启动子元件TAAG,终止密码子TAA下游没有典型的多聚腺苷化信号AATAAA。氨基酸序列分析表明,Ac76蛋白在鳞翅目昆虫杆状病毒中非常保守,在核多角体病毒属的Group I组中,其氨基酸序列相似性达80~100%;基于Ac76及其同源蛋白构建的系统发生树与基于杆状病毒全基组构建的系统发生树的鳞翅目昆虫杆状病毒进化枝的拓扑学结构很相似,暗示该基因在杆状病毒系统演化过程中具有重要的功能。在Ac76中有一个高度保守的富含正电荷氨基酸的序列,与一元核定位信号相似。蛋白疏水性及跨膜结构分析显示,和绝大多数的囊膜蛋白一样,Ac76中有一个强疏水的跨膜结构域,其结构与另一杆状病毒囊膜蛋白ODV-E66的核内膜排列模序(inner nuclear membrane sortingmotif)非常相似,预示Ac76可能是一个位于核内的膜蛋白。
Northern blot和3RACE结果显示,在病毒感染的Sf9细胞中,ac76转录出两个可分辨的转录本,从感染后12 h开始能检测到该转录本,在感染后24 h丰度达到最高,然后逐渐衰退一直持续到感染后72 h。3’末端测序进一步显示,ac76产生三个具有不同转录终止位点的转录本,两个较小的转录本的终止位点只相隔27 nt。5RACE结果表明,ac76转录起始于ATG上游12 nt的杆状病毒晚期启动子模序TAAG中的第一个A碱基。以上结果说明ac76是一个晚期基因,转录产生三个具有共同5,端,大小分别为697 nt、724 nt、1793 nt的转录本。
为了进一步研究ac76在病毒复制周期中的功能,利用ET同源重组技术和Bac-to-Bac系统,在AcMNPV Bacnud中成功敲除了ac76,构建了缺失ac76的重组病毒。同时,通过转座的方法,在缺失了ac76的重组病毒中,将ac76插入到多角体蛋白基因(polh)位点,获得补回型重组病毒。为了便于观察多角体形态和感染进程,同样将绿色荧光蛋白基因和polh也转座进重组病毒的polh位点,构建了野生型病毒、ac76缺失型重组病毒和ac76补回型重组病毒。
分别用野生型、ac76缺失型及ac76补回型重组病毒DNA转染Sf9细胞,显微观察和病毒生长曲线测定结果表明,ac76缺失型重组病毒在培养细胞中不能增殖,不能产生有感染性的芽生型病毒粒子,Western blot检测证实了缺失型重组病毒的转染上清中没有病毒粒子。而ac76补回型重组病毒在培养细胞中的增殖能力与野生型病毒无异。实时荧光定量PCR证明,ac76的缺失不影响病毒DNA的复制。通过对重组病毒感染细胞的超薄切片进行电镜观察发现,在ac76缺失型重组病毒感染的细胞中,外形正常的核衣壳能在病毒发生基质中大量装配,并能在环带区域成簇排列,但看不到病毒诱导产生的核内膜泡结构,核衣壳不能被囊膜包被形成包埋型病毒,只能形成没有包埋病毒粒子的多角体。和野生型病毒一样,ac76补回型重组病毒感染的细胞中能形成正常的包埋型病毒和多角体。
蛋白在细胞中定位通常与其功能密切相关。为了研究Ac76蛋白在感染细胞中的定位,构建了ac76启动子控制下表达Ac76-GFP融合蛋白的重组病毒,重组病毒感染的Sf9细胞中绿色荧光的分布表明,Ac76蛋白主要定位在感染细胞的环带结构区域,暗示该基因可能参与包埋型病毒的形成。