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自上世纪80年代丙型肝炎病毒首次被发现以来,至今已有三十余年的历史。对HCV的适应性进化研究是了解HCV传播及发病机制的关键,然而到目前为止,尚不清楚HCV各主要基因在此期间发生了怎样的适应性变化,以及哪些位点在适应性进化中起到更为关键的作用。为了探讨上述问题,我们针对HCV的五个主要基因E1,E1,E2,NS3,NS5A,NS5B,从HCV数据库(http:hcv.lanl.gov/content/index)下载这些基因所有含年代记载的序列,并将其按时间分类,对其进行了系统进化分析并总结了五个基因正选择位点随时间和亚型的一些变异规律。此外,HCV的传播已达全球,但是其亚型分布却有着地理特异性,不同地区有着不同的主要亚型,这种现象可能由各亚型的HCV在不同地区受到的选择压力不同引起的。因此我们又从地理角度着手,针对不同亚型,利用适应性进化方法鉴定了亚洲,欧洲以及北美洲三个地区的HCV五个主要基因(E1,E2,NS3,NS5A,NS5B)的正选择位点,并比较了这些基因在三个地区受到的正选择压力的差异,由此探究其进化历程。
按照时间对HCV进行分子进化分析,其结果显示HCV五个主要基因E1,E2,NS3,NS5A,NS5B的平均ω值均小于1,且无论基因型1a、1b还是3a,五个基因的平均ω值从大到小的次序均为E2>E1>NS5A>NS5B>NS3,因此可以推测,在整体上这五个基因均受到纯化选择,且它们所受到纯化选择压力由小到大是E2<E1<NS5A<NS5B<NS3。这个结果表明HCV的E1,E2,NS3,NS5A以及NS5B基因对保持HCV的结构和功能的完整性有着重要的作用,因此在整体上的变异不能过大,否则会使得其功能丧失;而纯化选择压力大小的比较结果则表明虽然这这五个基因在整体上均受到纯化选择,较保守,但是相对于非结构基因NS3,NS5A和NS5B,结构基因E1,E2的变异性还是要大一些,因此可以从一方面推测在逃逸宿主免疫清除中结构基因E1,E2的变异所起的作用要比非结构基因大。此外,对HCV进行正选择位点筛选并按照HCV标准序列H77进行定位,结果显示,除3a亚型的E1基因在90年代这一序列集没有鉴定出正选择位点外,其它每一个序列集都鉴定出了正选择位点。并且随着时间的推移,每一个基因的正选择位点数目并不恒定,而是不断增加的,其位置也不断更替。对于不同亚型的同一个基因,其正选择位点的数目和位置相差很大。其中,1a亚型基因的正选择位点数目最多,1b亚型次之,3a亚型最少,因此,可以推测在同一时间类别内,1a亚型HCV受到的正选择压力最大,1b亚型的次之,3a亚型的最小。另外,对同一基因在不同时间类的正选择位点进行比较,发现了很多共有的正选择位点,意味着这些共有的正选择位点在HCV进化过程中可能起到很重要的作用。
从地理角度对亚洲,欧洲和北美洲三个地区的HCV的五个主要基因(E1,E2,NS3,NS5A,NS5B)进行的正选择位点差异比较,我们发现每个序列集的平均ω均小于1,说明这写基因均受到纯化选择,此结果支持了前一部分关于HCV五个主要基因在整体上均受到纯化选择的结论。另外,我们发现对于同一亚型的同一个HCV基因,其在这三个地区的正选择位点和数目均不完全相同,表明HCV在亚洲,欧洲,北美洲三个地区经历了不同的进化历程。对于1a亚型的E1,E2,NS3,NS5A,NS5B五个基因,它们在北美地区受到的正选择压力均比欧洲大。而对于1b亚型来说,NS3,NS5A,NS5B三个基因受到的正选择压力在北美地区的最大,欧洲地区次之,亚洲地区最小。对于1b亚型的E1基因,其在亚洲地区和欧洲地区受到的正选择压力相似,在北美地区的受到的正选择压力最小。而对于1b亚型的E2基因,它在北美地区受到的正选择压力最大,在欧洲次之,在亚洲最小。这些研究的结果将加深我们对HCV进化的理解,也为HCV变异的预测提供了一定指导。
此外,本文对临床样品11jsszIDU017的HCV NS5B基因进行了克隆和测序,为NSSB功能的研究提供了材料。