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2020年1月10日,复旦大学上海公共卫生临床中心和公共卫生学院张永珍教授领导的协作团队从武汉新冠肺炎病例中提取样品RNA,最终破译了武汉发现的新型冠状病毒SARS-CoV-2的全基因组序列,该序列已保存在GenBank上(登录号MN908947)。

  • 自第一个SARS-CoV-2基因组序列被公布后,陆续有多个从不同患者身上分离的新型冠状病毒的非冗余基因组序列发布。为了进一步扩大SARS-CoV-2基因组序列应用范围,国家生物信息中心(CNCB)/国家基因组科学数据中心(NGDC)与国际生物信息数据库(美国NCBI核酸数据库GenBank数据)建立了数据同步共享机制,致力于为广大科研人员开展对新型冠状病毒的深入研究与疫情防控提供方便快捷的数据支撑。

新型冠状病毒的基因组

利用NCBI上的ORF finder工具对该病毒(MN908947)进行基因组注释分析。

新型冠状病毒为线性单链RNA(ssRNA)病毒,全基因组序列全长29903 bp,共包含14个主要的开放阅读框(Open Reading Frame,ORF)。其中:

    • 1-265个核苷酸为5’UTR区域;
    • 266-13483为“ORF1a”基因,13768-21555为“ORF1b”基因;ORF1a与ORF1b是两个大的重叠ORF(ORF1ab);

 

    • ORF1ab和ORF1b基因分别编码两个多聚蛋白pp1ab和pp1a,多聚蛋白pp1ab和pp1a经剪切,可产生15种nsps,即nsp1-nsp10,nsp12-nsp16。
  • 21536-25384为“S”基因,可编码产生结构蛋白:病毒表面糖蛋白S;
  • 25393-26220为“ORF3a”基因,可编码辅助蛋白;
  • 26523-27191为“E”基因,可编码产生结构蛋白:病毒包膜蛋白E;
  • 27202-27387为“M”基因,可编码产生结构蛋白:病毒膜蛋白M;
  • 27202-27387为“ORF6”基因,可编码辅助蛋白;
  • 27894-28259为“ORF8”基因,可编码辅助蛋白;
  • 28274-29533为:“N”基因,可编码产生结构蛋白:病毒核衣壳磷蛋白N;
  • 29558-29674为“ORF10”基因,可编码辅助蛋白;
  • 29686-29903为3’UTR区域。

新型冠状病毒基因组结构示意图

新型冠状病毒基因组比对结果

得到第一个新型冠状病毒的全基因序列后,科学家对其进行基因比对,结果显示该病毒与已知的冠状病毒差别较大,判断其为一种新型冠状病毒。

石正丽团队研究了7例早期重症病患(6例来自华南海鲜市场),在5名病人身上获取了全长基因组序列。结果表明获取的5个全长基因组序列之间相似度超过99.9%,其与2003年爆发的SARS病毒基因组序列相似度为79.5%,与中国菊头蝠SARS冠状病毒(Bat SARS coronavirus)bat-SL-CoVZC45基因组序列相似性最高,相似度为84%。这表明蝙蝠可能是该冠状病毒的来源[1]。

系统进化树的构建

通过下载一系列相关的人CoV、SARS-CoV、MERS-CoV、蝙蝠CoV、SARS样蝙蝠CoV及一些其他α、β、γ属冠状病毒全基因组序列。用分子进化遗传学分析(MEGA7.0)得出的基于全基因组的系统进化树,结果表明:
冠状病毒的系统发生树分为两支,γ冠状病毒属构成一支,而α、β冠状病毒属构成另一分支。新型冠状病毒与人CoV、MERS-CoV、蝙蝠CoV、SARS样蝙蝠CoV和SARS-CoV同处于同一β冠状病毒演化支,其中新型冠状病毒与中华菊头蝠BatCoV RaTG13序列属于同一分支(序列相似性为96.3%),新型冠状病毒与SARS样蝙蝠CoV在系统发育树中为平行关系,而SARS-CoV由SARS样蝙蝠CoV进化而来,这表明新型冠状病毒在整个基因组序列方面更接近SARS样蝙蝠CoV。

与石正丽等人[1]研究结果相似,复旦大学张永振团队研究人员从患者支气管肺泡灌洗液(肺分泌物)样品分离出一株新型冠状病毒,在得到该毒株的完整基因组(29,903bp)后进行系统进化分析,结果显示,该病毒与一组来自于蝙蝠的SARS样冠状病毒核苷酸相似性达89.1%,亲缘关系最为密切[2]。

因此,蝙蝠很可能是新型冠状病毒的原始宿主,经过演化变异,完成了蝙蝠-人的传播。不过从蝙蝠传染到人,需要中间宿主。如SARS病毒的中间宿主是果子狸,MERS病毒的中间宿主是骆驼。

新型冠状病毒宿主

2020年2月7日,华南农业大学召开新闻发布会,公布穿山甲为新型冠状病毒的潜在中间宿主。他们提供了三个证据:通过分子生物学检测分析1000多份宏基因组样品,揭示穿山甲中β冠状病毒的阳性率为70%;进一步对病毒进行分离鉴定,在电镜下观察到典型的冠状病毒颗粒结构;通过病毒基因序列比对发现分离的病毒株与目前感染人的毒株序列相似度高达99%。回溯2019年10月21日发表在《Viruses》的论文曾指出在穿山甲中检测到冠状病毒,将新型冠状病毒与该论文中检测到的冠状病毒序列进行比对,发现两者S蛋白受体结合结构域的核酸序列相似度达到97%,因此穿山甲很可能是新型冠状病毒的潜在中间宿主。但新型冠状病毒也可能存在更多的中间宿主,进一步确认新型冠状病毒的中间宿主和自然宿主,有利于控制污染源及研究治疗药物。

参考文献

[1] Zhengli Shi, etal. A pneumonia outbreak associated with a new coronavirus of probable bat origin, Nature, 2020.

[2] Yongzhen Zhang, etal. A new coronavirus associated with human respiratory disease in China, Nature, 2020.