基于兩類(lèi)全基因組距離的EV71型病毒親緣關(guān)系分析

摘要[目的]了解世界各地EV71病毒的親緣關(guān)系。[方法]下載了NCBI數(shù)據(jù)庫(kù)所有EV71全基因組序列，以常用的Kimura 2parameter距離和E距離進(jìn)行距離矩陣鄰接法建樹(shù)。[結(jié)果] 基于E距離和Kimura 2parameter距離構(gòu)建的進(jìn)化樹(shù)結(jié)果一致，2種方法均支持EV71進(jìn)化樹(shù)反映出的基于全基因組的病毒親緣關(guān)系。[結(jié)論]E距離是病毒系統(tǒng)發(fā)育應(yīng)用中另一種頗具潛力的新距離，能為鑒定EV71病毒親緣關(guān)系提供支持。

關(guān)鍵詞 EV71病毒；全基因組；E距離；Kimura 2parameter距離；親緣關(guān)系

中圖分類(lèi)號(hào)S188文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2014）30-10469-03

基金項(xiàng)目國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目（31301388）；中國(guó)博士后面上項(xiàng)目（2014M562109）；湖南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（14JJ3092）；湖南省科學(xué)技術(shù)廳科技計(jì)劃項(xiàng)目（2014GK3046）。

作者簡(jiǎn)介徐西林（1991- ），女，湖南新邵人，碩士研究生，研究方向：生物信息學(xué)。*通訊作者，講師，博士，碩士生導(dǎo)師，從事生物信息學(xué)方面的研究。

手足口病（Hand，foot and mouth disease，HFMD）是由多種人腸道病毒引起的兒童常見(jiàn)急性傳染疾病[1]，主要腸道病毒包括腸道病毒7l型（Enterovirus 71，EV71）和柯薩奇病毒A16型（Coxsackie virus A16，CoxA16）[2-3]。EV71及CA16所致的手足口病在臨床癥狀上難以區(qū)分，但EV71感染易伴發(fā)無(wú)菌性腦炎、腦干腦炎、神經(jīng)源性肺水腫等，危害更大，致死率較高[4-6]。

人腸道病毒EV71型于1969年在美國(guó)加利福尼亞州從一例腦炎病例中首次分離得到[7]，自此該病毒在全世界范圍內(nèi)均有暴發(fā)和流行。我國(guó)于1981年在上海首次報(bào)道手足口病的流行，此后在北京、河北、福建、吉林、山東、湖北、西寧、廣東等省（市）均有報(bào)道[4]。EV71病毒屬于小RNA病毒科腸道病毒A組成員，基因組單股正鏈RNA[8]。病毒顆粒為二十面體對(duì)稱(chēng)球形結(jié)構(gòu)，無(wú)包膜和突起，直徑為24～30 nm。基因組長(zhǎng)度約7 405 bp，僅有1個(gè)開(kāi)放讀碼框架[9]，編碼4個(gè)結(jié)構(gòu)蛋白（VP4、VP2、VP3、VP1）和7個(gè)非結(jié)構(gòu)蛋白[10]。

Kimura 2parameter距離是構(gòu)建系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)的常用距離法，E距離法是根據(jù)各堿基π電子共振能來(lái)計(jì)算不同序列間的分子進(jìn)化距離[11]。筆者以2種不同距離方法為基礎(chǔ)，對(duì)目前公布的所有EV71毒株全基因序列進(jìn)行分析，研究世界范圍內(nèi)EV71的遺傳學(xué)背景和進(jìn)化關(guān)系。

1材料與方法

1.1材料從美國(guó)國(guó)立生物技術(shù)信息中心（NCBI）數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索腸道病毒71型（Enterovirus71，EV71）全基因組序列（下載截止日期：2013年11月15日）。為了數(shù)據(jù)的后續(xù)分析及準(zhǔn)確性，進(jìn)一步從EV71全基因組序列中篩選出注釋有具體地區(qū)來(lái)源的開(kāi)發(fā)閱讀框（ORF）代表序列。

1.2方法分子系統(tǒng)發(fā)育分析是生物信息學(xué)中的重要研究領(lǐng)域[12]，主要研究手段是選取一組同源的DNA或蛋白質(zhì)序列，通過(guò)計(jì)算各個(gè)序列間的進(jìn)化距離構(gòu)建反映物種進(jìn)化關(guān)系的進(jìn)化樹(shù)[13]。構(gòu)建進(jìn)化樹(shù)的方法主要有距離法、最大簡(jiǎn)約法、最大似然法3種。距離法是比較常用的一種構(gòu)樹(shù)方法[14]，通過(guò)計(jì)算各序列之間的距離得到一個(gè)距離矩陣，采用特定的聚類(lèi)算法對(duì)距離矩陣進(jìn)行分析得到進(jìn)化樹(shù)。該研究以鄰接法（NeighborJoining，NJ）為基礎(chǔ)，以2種不同的距離方法構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育進(jìn)化樹(shù)。

1.2.1Kimura 2parameter距離模型。NJ法構(gòu)建進(jìn)化樹(shù)時(shí)需選擇模型，對(duì)于核酸序列一般選擇Kimura 2parameter模型。打開(kāi)MEGA6.06軟件，導(dǎo)入序列文件data>>選擇數(shù)據(jù)類(lèi)型“Nucleotide Sequences”，構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)Phylogeny>>Construct NeighborJoining Tree>>模型選擇“Kimura 2parameter model”，點(diǎn)擊compute計(jì)算生成進(jìn)化樹(shù)并保存。

1.2.2E距離參數(shù)模型。E距離是基于π電子共振能發(fā)展的一種新的計(jì)算分子進(jìn)化距離的方法，其計(jì)算公式來(lái)源于群落生態(tài)學(xué)中群落相異性系數(shù)公式。在群落生態(tài)學(xué)中，采用物種數(shù)、頻率、信息量等計(jì)算群落相似性或相異性系數(shù)是測(cè)定群落相似性的一套較成熟的方法。群落相異性系數(shù)的公式為：D=1-2ca+b，式中，D為相異性指數(shù)，a為A群落中物種數(shù)，b為B群落中物種數(shù)，c為A、B 2個(gè)群落中共有物種數(shù)。E距離是將比較兩序列看作兩群落并按位比較，用群落相異性系數(shù)公式來(lái)計(jì)算序列間的分子進(jìn)化距離。已知各堿基π電子共振能比值為T(mén)∶C∶G∶A=0.17∶0.23∶0.27∶0.32，E距離可定義為：E=1-2ca+b，其中a、b分別為序列A、B的堿基π電子共振能和，c為序列A、B按位比較時(shí)共有的堿基π電子共振能和。該研究先計(jì)算序列兩兩比對(duì)獲得E距離矩陣，再利用MEGA6.06基于E距離參數(shù)模型和NJ法構(gòu)建系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)。

2結(jié)果與分析

2.1EV71核酸序列信息以2013年11月15日NCBI的核酸數(shù)據(jù)庫(kù)為準(zhǔn)，獲得EV71基因組序列共221條，其中140條序列來(lái)自中國(guó)的20個(gè)省份，60條序列來(lái)自國(guó)外11個(gè)城市，21條序列地區(qū)未知（表1）。去除地區(qū)注釋不明序列后，按地域?qū)π蛄羞M(jìn)行分類(lèi)，從來(lái)源于同一地區(qū)的序列中選出1條作為該地域的代表序列，最終共選取31條EV71病毒ORF區(qū)域代表序列（表2），序列長(zhǎng)度均為6 582 bp。