2020年1月2日下午,中国科学院微生物研究所黄力研究员应邀到中国科学院水生生物研究所进行学术交流。并为科研人员及广大师生做了题为“古菌病毒”的报告。该报告系水生所创新系列讲座2020年第1期。黄老师是国家杰出青年基金获得者,国家自然科学基金委员会创新群体学术带头人。黄老师长期致力于古菌及其环境适应机制、极端嗜热古菌的遗传机制研究。在极端嗜热古菌染色体结构及热稳定型、DNA复制及调控、热泉古菌病毒等方面取得了多项重要成果,在本领域重要刊物Mol Microbiol Nucleic Acids Res J Bacteriol J Biol Chem J Virol等上发表了一些列研究论文。
在报告中黄老师讲解了古菌病毒的起源、分类、形态以及其团队的主要研究内容硫化叶菌科。此次报告中黄老师讲解了其研究团队针对嗜热古菌染色体包装机制及热适应性、嗜热古菌DNA复制机制及其热适应性、古菌病毒或者质粒与基因水平转移方面的研究内容。着重对其研究对象腾冲硫化叶菌病毒(Sulfolobus tengchongensis Spindle-Shaped virus 1,STSV1),硫化叶菌纺锤形病毒(Sulfolobus Spindle-Shaped virus 19-22,SSV19-22) ,硫化叶菌椭圆形病毒(Sulfolobus Ellipsoid Virus 1,SEV1)做了详细介绍。
腾冲硫化叶菌病毒(Sulfolobus tengchongensis Spindle-Shaped virus 1,STSV1)呈纺锤形,大小为230×107nm,尾长约68nm。STSV1基因组有74个ORGs,其中仅14个编码科预测功能。STSV1 基因组DNA存在特异修饰,但宿主基因组DNA不存在类似修饰;基因组有三个可能编码DNA甲基转移酶的基因,因此修饰可能由病毒修饰系统完成,该系统可能通过识别半修饰DNA区别宿主与病毒DNA;化学修饰可能帮助保护病毒DNA免遭宿主降解或促进病毒基因表达。STSV1编码胸腺嘧啶代谢的两个关键酶:胸苷酸合成酶(ThyX)和dUTPase,将dUTP转化为dTMP,促进dTTP合成。硫化叶菌不能利用外源胸腺嘧啶,上述两个酶能够提高宿主细胞内dTTP水平,帮助富含AT的病毒基因组合成。
硫化叶菌纺锤形病毒(Sulfolobus Spindle-Shaped virus 19-22,SSV19-22)分离自菲律宾酸性热泉沉积物,病毒颗粒大小约为100×30nm,呈纺锤形、茄形或雪茄形,一端有“小爪”形的尾丝结构。硫化叶菌纺锤形病毒广泛分布于全球酸性热泉,目前已经发现49个病毒株。SSV22基因组中多个基因不是必需的。SSV22共有26个ORFs,其中7个可敲除。可敲除的7个ORFs包括两个核心基因(c97、vp3)和5个非核心基因(衣壳蛋白vp2、e76、a50、e58和d184)。整合酶基因d346不可敲除,非核心基因b100a不可敲除,但可移码,推测其为不编码蛋白质的一段关键序列。SSV19-22尾丝蛋白vp4编码基因的SNPs, 尾丝蛋白vp4含9个跨膜区;vp4有13个SNPs,其中8个引起氨基酸水平的突变,6个位于非跨膜区;不同病毒尾丝蛋白的差异可能与识别不同宿主受体有关。vp4基因在采样环境中具有多样性,尾丝蛋白的高突变率有助于增强病毒对不同宿主的适应能力。
硫化叶菌椭圆形病毒(Sulfolobus Ellipsoid Virus 1,SEV1)大小为120×60nm,核衣壳外覆囊膜(8nm),囊膜上有刺突,核衣壳上可见16个条纹(2nm),内部有中空管道(8-11nm);推测何以壳由核蛋白纤丝缠绕而成,三圈为一层,16层堆叠形成核衣壳。SEV1基因组包括线性dsDNA(23kb)和末端反向重复序列(172bp)。共编码38个ORFs,其中30个ORFs位于同一条链,8个ORFs有可注释功能。SEV1的结构蛋白:VP1和VP2含跨膜结构域;VP4可能是主要衣壳蛋白;VP1存在翻译后修饰。SEV1的侵染过程为:侵入无病毒宿主;病毒组装;金字塔结构形成;病毒颗粒释放。
黄老师表示已知古菌病毒只是冰山一角,古菌病毒形态独特而多样,绝大多数基因功能未知,古菌病毒与宿主的相互作用所知甚少,因此是生物学机制的发明者和丰富的遗传元件宝库。黄老师真诚的呼吁能有更多的科研人才投入到对古菌病毒的研究中去,去探索古菌病毒这个神秘的领域。报告引发了与会人员的广泛兴趣,大家就相关问题与黄老师进行了讨论和交流。
报告会现场