淺談非洲豬瘟病毒基因

章燕紅，龔志成，周波，張其彬，蔣兵

摘要：非洲豬瘟病毒（ASFV）具有雙鏈、線性的DNA基因組，基因可多達200多個。雖然ASFV基因組整體突變率很低，但是ASFV的可變區基因和基因間區域不僅可能發生多個單核苷酸變化，部分基因可能發生基因重組、基因缺失、基因復制、序列分化等，表現為基因多樣性。本文就ASFV基因組、主要基因等進行綜述，以期為科學防控非洲豬瘟提供參考。

關鍵詞：非洲豬瘟病毒;基因組;基因;多樣性

非洲豬瘟病毒（African swine fever virus，ASFV）是非洲豬瘟病毒科的DNA病毒，病毒顆粒較大，直徑為200～300nm，有囊膜，呈二十面體，具有五層結構，由內到外依次為基因組、內核心殼、內囊膜、衣殼、外囊膜[1，2]。根據衣殼蛋白（p72）編碼基因B646L序列的差異，可將ASFV分為24種基因型，不同基因型ASFV交叉保護率低，且基因組大小差異較大[1]。

1 基因組

基因組（genome）是指一個生命單元（細胞或病毒等）所擁有的全部遺傳物質（包括核內和核外遺傳信息），其本質是DNA或RNA。各種生物體基因組大小、所包含的基因數和種類有所不同。病毒基因組可看作游離的基因，變化較大，可能是單鏈或雙鏈，線狀或環狀，有些病毒基因可相互重疊，而ASFV的基因組是雙鏈、線性的DNA基因組[3]。根據NCBI（National Center for Biotech

-nology Information）公布的ASFV基因組數據顯示，ASFV基因組長度為169.931～193.886kb，最小的是2019年在越南河內市分離的毒株ASFV/Hanoi/2019，長度為169.931kb，最大的是1950年在肯尼亞分離的毒株ASFV/Kenya/1950，長度為193.886kb，大部分毒株基因組長度在189.37kb左右。

ASFV基因組大致可分為中央保守區、左右兩側可變區，以及末端發夾環結構（包含反向重復序列）[3]。在繁殖過程中，ASFV基因組兩端的可變區基因（特別是可變區的多基因家族）序列容易出現丟失或變異，造成不同毒株或同一毒株不同代次的基因組呈現的多樣性[2，4]。于婷婷等[5]對NCBI公布的ASFV全基因組數據進行篩選，并結合區域分布、傳染信息使用MAFFT、MEGAR軟件進行ASFV全基因組序列系統生物學分析，篩選出35株ASFV全基因組并成功構建進化樹，分析表明基因型Ⅷ型可能為最早的原始株，其他基因型可能是由基因型Ⅷ型突變衍生出，基因型Ⅰ型與Ⅳ型被劃分在同一分支中，表明二者在全基因組上相近，基因型Ⅳ型可能是由Ⅰ型突變或重組得到，基因型Ⅱ型與部分Ⅰ型、Ⅸ型分在同一分支，可能是部分Ⅰ型與Ⅸ型重組得到，分支最遠的兩個基因型是基因型Ⅱ型與Ⅷ型，基因組Ⅷ型與基因型Ⅱ型相比存在很多缺失、差異片段，主要缺失片段為V110、MGF360、MGF505/530，而基因型Ⅱ型MGF505/530-7R、MGF360-1L出現的重復片段可能是早期基因型出現重組的結果。

2 基因

基因（gene）是遺傳物質的最小功能單位，1909年約翰森（W.L.Johannsen）最早提出基因這個名詞。病毒通常只有幾個至幾十個基因，而ASFV的大部分毒株基因多達200多個。據NCBI公布數據顯示基因組最小毒株ASFV/Hanoi/2019（169.931kb），含有140個基因，而2016年在烏克蘭基輔分離毒株ASFV/Kyiv/2016/131（191.911kb），基因多達246個。

2.1 結構蛋白編碼基因

ASFV可編碼50種以上結構蛋白，按位置可將結構蛋白劃分為內核心殼蛋白、內囊膜蛋白、衣殼蛋白、外囊膜蛋白，其中核心殼蛋白中親和結構蛋白P10編碼基因是pk78R，多聚蛋白前體pp220、pp62編碼基因分別是CP2475L、CP530R;內囊膜蛋白P17、P30、P54編碼基因分別是E248R、CP204L、E183L;衣殼蛋白P72、M1249L、P49編碼基因分別是B646L、M1249L、B438L;外囊膜蛋白CD2v、P24、P12編碼基因分別是Ep402R、KP177R、O61R[3]。

2.2 非結構蛋白編碼基因

ASFV可編碼100多種非結構蛋白，主要包括與病毒復制、病毒毒力、免疫逃逸相關蛋白，其中為ASFV復制提供能量蛋白pK196R、dUTPase（pE165R）、pA240L編碼基因的是K196R、E165R、A240L;參與病毒DNA復制和修復的蛋白TopoⅡ（pP1192R）、DNA polX（pO174L）、AP endonuclease（pE296R）、DNA ligase（pNP419L）編碼基因分別是P1192R（i7R）、O174L、E296R、NP419L（g3L）;啟動ASFV基因轉錄的pC315R編碼基因是C315R;參與ASFV基因轉錄的pNP145L、pH359L、pD205R、pC147L、pD339L、pCP80R 等蛋白編碼基因分別是NP145L、H359L、D205R、C147L、D339L、CP80R;解旋酶蛋白

pA859L、pF105L、pB92L、pD133L（g10L）、pQ706L（j10L）、pQP509L（j11L）編碼基因分別是A859L、F105L、B92L、D133L、Q706L、QP509L;ASFV主要毒力蛋白pDP148R、pI177L、9GL（pB119L）、UK和pDP71L編碼基因分別是DP148R、I177L、9GL（B119L）、UK（DP96R）和DP71L[6]。此外，MGF360、MGF505等多個多基因家族基因也與毒力相關。pA238L可抑制核因子κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）、T細胞核因子（Nuclear factor of activated T cells，NFAT）和其他因子調控的宿主細胞基因轉錄，其編碼基因A238L作為免疫逃逸基因，缺失該基因的疫苗接種豬無明顯不良反應，但不能產生有效的免疫保護力[6]。參與病毒感染細胞后誘導的血細胞吸附過程C型凝集素樣蛋白（C-type lectin）編碼基因為EP153R，而與紅細胞吸附特性相關基因包括EP153R、Ep402R[4]。

2.3 多基因家族

多基因家族（Multigene families，MGF）位于ASFV基因組可變區，具有相似的序列特征，主要包括MGF100、MGF110、MGF300、MGF360、MGF505、MGF530，MGF基因中后面的數值表示其編碼蛋白質的氨基酸平均數量，如MGF360可編碼氨基酸的平均數量為360個[6，7]。MGF110除KIR69毒株完全缺失，其余毒株中均有發現;MGF110在Malawi LIL20/1毒株基因組右側，其余均位于左側，MGF110家族包括14個同源基因，其同源基因在BA71V毒株中含有5個、在LIS57毒株中含有12個、在BA60毒株中含有12個、在LIS60毒株中含有5個、在ASFV Vero細胞適應株L60含有3個;MGF110編碼的蛋白具有一個共同結構，即1個顯著保守的富含半胱氨酸的結構域，并存在高度疏水的NH2-末端序列;MGF100是在分離株LIS57基因組左側中發現的;MGF300、MGF530均是在對Malawi LIL20/1毒株基因組測序中發現的，在Malawi LIL20/1毒株他們的同源基因數分別是3個、6個;MGF530有4個保守的結構域和4個保守的半胱氨酸殘基;MGF360基因拷貝數最多，變異性最大，共包含22個同源基因;另外，Georgia2007/1基因組最左邊（MGF360-1L基因）和最右邊（MGF360-21R基因）相似度最高，同源性達69%，可能是基因轉座從基因組一端復制到另一端的;MGF505在BA71V毒株基因組中有7個同源且串聯排列的基因，在ASFV感染過程中均表達，且多肽的氨基酸末端發現了3個顯著保守區域[7]。

MGF與ASFV噬性、毒力等相關，MS16和BA71V毒株由于MGF360和MGF530的區域明顯缺失，均不能在巨噬細胞培養物中復制;且缺失MGF360、MGF505的特定成員可以使有毒力的野外分離株完全減毒;刪除或中斷MGF360、MGF530、MGF505基因導致強毒力的Benin97/1毒株毒性減弱并誘導高水平的保護，并能抵抗強毒親本病毒攻擊;缺失MGF360-3HL、311和3LL可以使ASFV在蜱體內生長顯著減慢[7]。

3 基因多樣性的原因

DNA作為遺傳物質，具有保守性、變異性和流動性。與其他病毒相比，ASFV基因組整體突變率很低，但是ASFV的可變區基因和基因間區域不僅可能發生多個單核苷酸變化，部分基因（特別是MGF）可能發生基因重組、基因缺失、基因復制、序列分化等，表現為基因多樣性[2，4]。ASFV基因多樣性主要同ASFV的DNA聚合酶（AsfvPolX）和DNA連接酶AsfvLIG的保真率低有關，AsfvPolX是已知最小的DNA聚合酶，缺少同源蛋白中保守的拇指結構域和8kD結構域，AsfvPolX催化ASFV病毒基因組DNA修復過程中的空隙填充反應，具有高度的錯誤傾向，而AsfvLIG是迄今發現的最小的DNA連接酶之一，由419個氨基酸組成，與其他DNA連接酶的DNA結合域（DBD）的結構域沒有相似之處，是最容易出錯的連接酶之一[2，6]。此外，DNA重組是病毒遺傳變異的重要來源，增加了基因和基因組的多樣性，有研究者從42個ASFV對齊基因組中發現了152個重組事件的可靠證據，以及系統發育重建表明在MGF、E183L、B602L、EP153和EP402R基因中均有發生基因重組[2]。

4 基因與疫苗研究

基因缺失疫苗是目前ASFV疫苗研究的熱點，張艷艷等[8]通過基因工程方法在ASFV流行株SY18株構建CD2v、MGF單基因和雙基因缺失株，缺失CD2v單基因毒株毒力無致弱，缺失MGF單基因毒株毒力顯著降低，缺失CD2v、MGF雙基因毒株的不僅具有很好的安全性，而且具有良好的攻毒保護效果，可作為良好的疫苗候選株。此外，流行毒株Georgia2007/1敲除9GL和MGF360/505基因后毒力減弱，但保護效果不理想，而9GL和UK基因缺失時，具有很好的免疫原性，能有效抵抗同源強毒株的感染，并對不同基因型強毒株有一定的交叉保護效果[9]。

參考文獻：

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[3] 何健，石建州，劉陽坤，等.非洲豬瘟病毒研究進展[J].南陽師范學院學報，2022，21（1）：55-62.

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[5] 于婷婷，陳江華，豐志華，等.35株非洲豬瘟病毒全基因組序列的系統生物學分析[J].福建農業科技，2020（5）：12-19.

[6] 歐云文，劉俐君，賈寧，等.非結構蛋白在非洲豬瘟病毒感染中作用[J].病毒學報，2021，37（4）：910-921.

[7] 曾喻兵，李飛，朱玲，等.非洲豬瘟病毒多基因家族研究進展[J].病毒學報，2021，37（4）：957-963.

[8] 張艷艷，陳騰，張靜遠，等.非洲豬瘟病毒基因缺失疫苗株的構建和免疫保護特性[J].中國獸醫學報，2019，39（8）：1421-1427.

[9] 吳慧如，梁曉磊，邵洋洋，等.非洲豬瘟疫苗研究進展[J].畜牧與獸醫，2021，53（9）：130-134.