杆状病毒DNA聚合酶N末端序列的功能分析

Baculoviruses are large DNA viruses that only infect invertebrates, and are widely used for the application in insect biocontrol and protein expression. DNA polymerase-dependent amplification of viral DNA genome is essential for viral propagation and serves as the critical trigger for the progression of viral life cycle. Although many functional motifs have been characterized in baculovirus DNA polymerase, there is not yet any research regarding the N terminus of baculovirus DNA polymerase. Our earlier results demonstrated that when AcMNPV DNA polymerase was truncated gradually at the N terminus, the resulting recombinant virus was accompanied with a constant reduction in viral production, DNA replication and occlusion body formation. This suggested the presence of functional motifs in AcMNPV DNA polymerase N terminus. This research project is aimed at seeking the amino acid motifs that are important for baculovirus infection from the N terminus of AcMNPV DNA polymerase, and determining the association of functional amino acid motifs with cellular location and enzyme activity of DNA polymerase. Our study provides a valuable framework for deeper understanding of baculovirus gene function.

杆状病毒是一类特异性感染无脊椎动物的DNA病毒，被广泛地运用于生物杀虫剂和蛋白表达等方面。依赖于DNA聚合酶的病毒基因组复制是杆状病毒生命周期中最重要的一环，也是毒增殖周期中最重要的事件。虽然已在杆状病毒DNA聚合酶上发现许多重要的功能基序，但是有关杆状病毒DNA聚合酶N末端序列的功能研究仍未有报道。本项目的前期研究表明，随着DNA聚合酶N末端序列的逐渐减少，AcMNPV病毒在病毒的扩散、DNA合成以及多角体形成等方面也表现出对应的下降变化。这意味着在AcMNPV DNA聚合酶N末端存在对病毒功能起重要作用的氨基酸基序。本研究拟进一步寻找和鉴定杆状病毒DNA聚合酶N末端序列中重要的氨基酸基序，并分析这些基序是否参与AcMNPV病毒复制，以及DNA聚合酶的定位、外切酶和聚合酶活性等功能，这对深化杆状病毒功能基因的研究具有重要的理论和参考价值。

杆状病毒DNA聚合酶是病毒基因组复制所必需的关键酶，然而有关病毒DNA聚合酶N末端序列的功能研究一直未见报道。我们对DNA聚合酶N末端序列的连续截断发现，随着N末端序列的逐渐减少，构建的重组病毒在病毒的扩散、基因组的复制以及多角体形成等方面的能力也相应地下降。生物信息学分析显示，DNA聚合酶N末端序列前64个氨基酸中含有一个保守的α(螺旋)-β(折叠)-β-β的蛋白二级结构特征，以及分布于氨基酸67-186区域的四个保守基序。这些保守基序的突变会影响DNA聚合酶蛋白稳定性、病毒复制和子代病毒形成。此外，我们还对相关的研究领域进行了拓展研究，并取得了以下成果：（1）在β杆状病毒属菜粉蝶颗粒体病毒（PiraGV）DNA聚合酶鉴定了一个新型的双分型核定位信号，同时发现该信号不能与α杆状病毒属斜纹夜蛾核型多角体病毒（SpltNPV）DNA聚合酶中的入核信号进行有效的功能替代；（2）发现γ杆状病毒属红头松叶蜂核型多角体病毒（NeleNPV）DNA聚合酶不能在杆状病毒模式种AcMNPV中行使功能，还证实了NeleNPV DNA聚合酶中核定位信号的缺失是这两个杆状病毒DNA聚合酶在功能上有所差异的原因之一；（3）首次发现杆状病毒感染会引起昆虫核仁的重新组织，并证实杆状病毒晚期表达因子LEF5含有核仁定位信号，该信号是病毒扩散和病毒颗粒形成等所必需的。上述成果为对揭示杆状病毒的复制与感染机制具有重要意义，也为杆状病毒表达系统的进一步利用和生物杀虫剂的开发提供重要的理论依据。本研究共发表项目标注SCI论文4篇，包括2篇发表在病毒学国际权威期刊Journal of Virology上。