蛙病毒的跨种传播与水产动物的抗病机制研究

Ranaviruses are promiscuous pathogens that usually cause fatal systemic diseases among cultured and wild aquatic animals. These ranaviruses can infect multi-taxa ectothermic vertebrates including amphibians, reptiles and teleost fishes, and their cross-species transmission has been widely occurred in aquaculture animals worldwide. Recently, our laboratory has anatomized the complete genome sequences of different ranaviruses, such as Rana grylio virus (RGV) and Chinese giant salamander Andrias davidianus ranavirus (ADRV), and constructed the recombinant RGV ranavirus with inducible lac repressor/operator system and double fluorescent labeling. On these bases, this research project intends to further investigate genetic relationship between genome and gene variation and cross-species transmission of ranaviruses, and to reveal antiviral mechanisms of the infected aquaculture animals. Through a series of studies, the genetic features of genome architecture and structure variation in ranaviruses will be understood, the pathogenicity-related genes that contribute to the host recognition, cross-species transmission, immune evasion, and interaction between virus and the host cells or the organisms will be identified, and the major antiviral genes and molecular mechanisms of the infected aquaculture animals that protect themselves against ranavirus pathogens attack will be revealed. Furthermore, the breakthroughs of these studies will provide new insights for understanding the reasons how the adaption variations of ranaviruses affect cross-species transmission, for recognizing the antiviral molecular mechanisms of aquaculture animals, and thereby for developing effective blocking strategies for cross-species transmission and disease emergence of ranaviruses.

蛙病毒是引起水生动物严重系统性疾病的滥感染性病原。这类病毒属于虹彩病毒科，为一类能感染蛙、鲵、鱼等多类群变温脊椎动物的病毒，已在全球各地不同水产动物中跨种传播和流行。近些年，我们实验室剖析了不同蛙病毒，如牛蛙病毒 (RGV) 和大鲵病毒 (ADRV) 的全基因组序列，并构建出具有双荧光标记可控基因表达的重组蛙病毒。在此基础上，本项目拟围绕蛙病毒基因组与基因变异和跨种传播的相关性、以及水产动物的抗病毒机制深入开展研究。通过系列探讨，了解蛙病毒的基因组架构及其结构变异特征，鉴定蛙病毒与宿主识别、跨种传播、免疫逃逸等病毒与宿主细胞或机体相互作用的相关基因；揭示水产动物抗病毒侵染的主效基因及其如何保护自身免受蛙病毒攻击的分子机制。进而，这些研究的突破将为阐明蛙病毒的适应性变异影响其跨种传播的原由、认识水产动物抗病毒的分子机制，并为研发有效阻断蛙病毒跨种传播及水产动物病毒病防控策略提供新见解。

主要研究内容及重要结果： 对以大鲵为跨种宿主的RGV、和以大鲵为自然宿主的ADRV这两种蛙病毒，分别经人工感染大鲵，攻毒后不同时间 (1d，7d) 采集了 15个转录组样品，各进行核酸制备及转录组测序。结果从820,858,128条有效读段中筛到128,533单基因簇。分析显示：RGV在感染后1d（dpi）的复制速度（89.6%）显著高于ADRV（28.7%），表明在跨种感染早期，蛙病毒基因组能迅速复制，大量产生子代病毒，避免过度激活宿主反应。该策略为跨种感染的蛙病毒存活、适应性进化及在种间传播提供了更多机会，从而揭示蛙病毒跨种传播策略。分别在大鲵细胞（GSTC）及鱼类细胞（EPC）中，证明硫酸乙酰肝素（HS）可抑制蛙病毒诱导细胞病变斑形成，且肝素酶I对细胞表面HS的酶抑制能显著降低蛙病毒滴度；发现细胞表面HS也是蛙病毒跨种感染的识别受体。经酵母双杂交和免疫共沉淀等方法，证实蛙病毒的DNA聚合酶和增殖细胞核抗原（PCNA）基因，在自然宿主和/或跨种感染的宿主细胞中，单独表达和共表达都能显著促进蛙病毒基因组复制，发现蛙病毒跨种感染识别受体、侵入及复制关键基因。对蛙病毒入侵识别相关的囊膜蛋白(如RGV-43R)、与病毒基因组复制及宿主对病原微生物的应答开关分子 ATPase (如ADRV-96L)、具有相似抗原特性的两种蛙病毒同源早期蛋白 (如 RGV-27R 和ADRV-85L)等蛙病毒几种与宿主互作的主效基因的结构及功能进行了深度解析和验证，因而阐释蛙病毒几种与宿主互作的主效基因。. 代表性成果及其影响：获湖北省自然科学二等奖1项；授权国家发明专利2项；参编出版英文专著2部；发表有课题号标注的SCI论文18篇，其中最高引用次数（谷歌学术 Google Scholar网站显示）超过104次；在国（境）内外学术报告超过16 次，听众超过2400人/次。培养博士后3名，博士6名，硕士9名；其中，博士后徐黎明获国家自然科学青年基金(2018)、博士后基金(第12批)特别资助、及博士后基金(第62批)一等资助；博士后曹永生获国家自然科学青年基金(2018)、博士后基金第 (60批) 二等资助；博士欧铜被认定为深圳市高层次人才 (2019年-10月批次)。