新型冠状病毒基因组的演化分析及谱系划分

新型冠状病毒肺炎(COVID-19,新冠病毒)的流行严重影响了世界经济和人类健康.随着新冠病毒基因组序列的迅速积累,国际上已经检测和发表了成千上万的基因组变异.为了更好地追踪新冠病毒基因组进化轨迹,并实时解析疫情发展进程中的病毒基因组特征,本研究分析了121618个高质量的病毒基因组.基于参考基因组第8782和28144位点上的单核苷酸变异(SNV),首先将这些病毒基因组划分为L和S两个主要谱系;根据第3037、14408和23403位点上的SNV,进一步将L谱系划分为L1和L2两个主要亚谱系.在此基础上,根据另外201个基因组变异位点,逐级划分出了130个亚谱系(S中37个, L1中35个, L2中58个).该谱系/亚谱系划分系统具有层次结构,反映了主要谱系中的亚谱系之间的亲缘关系.本研究同时建立了一个配套网站(www.covid19evolution.net),不仅方便用户查看亚谱系信息,而且提供了谱系划分工具,用户可以通过上传新冠病毒基因组序列,做谱系类型鉴定.最后,本研究讨论了代偿突变和自然选择在新冠病毒进化过程中可能起到的作用.本研究将增进对新冠病毒基因组时空动态进化的理解.

新冠病毒谱系划分及进化动态分析体系的建立及应用

新型冠状病毒疫情自暴发以来严重威胁着人类健康、经济发展和国家安全.作为一种正义单链RNA病毒,新冠病毒(SARS-CoV-2)具有较高的突变率,从而在传播过程中不断变异、分化、更新迭代,甚至出现免疫逃逸和跨物种传播.新冠疫情的暴发使人类社会以前所未有的速度开展病毒基因组测序,目前公共数据库中已有1000多万条新冠病毒全基因组序列,新冠病毒基因组几乎所有位点都已经发生过变异.然而,如何鉴定新冠病毒适应性变异?如何预测传播趋势?病毒基因组进化方向与现有干预手段如何博弈?这一系列科学问题充满挑战但亟需解决.项目组以进化基本理论为指导,聚焦新冠病毒变异、适应性进化及流行趋势,取得一系列创新性成果,为科学防控新冠病毒疫情以及高效阻断其他新发突发传染性公共事件提供理论依据和方法学支撑.

果蝇中uORF和microRNA对基因表达的组合调控

生物体为了确保发育程序的准确性或维持细胞内环境的稳定,会利用不同类型的顺式调控元件和反式作用因子在多个层面精细调控基因表达.近年来我们对多种调控元件和因子的作用机制和生物学功能有了深入了解,但对它们组合使用的调控效果知之甚少.本文解析了果蝇怎样通过对上游开放阅读框(uORF)和microRNA的组合使用在转录后水平上调控mRNA的功能和命运.本文首先分析了uORF和microRNA靶位点在基因组中的分布规律,发现mRNA倾向于被两者共同调控("u+m+"mRNA).这些"u+m+"mRNA比其他mRNA具有更低的翻译效率,其中uORF起主要抑制作用,microRNA仅起辅助作用.同时,研究发现"u+m+"mRNA具有较低的稳定性,除了受uORF和microRNA的影响之外,还由于"u+m+"mRNA招募多聚腺苷酸结合蛋白(PABP)的能力更弱,而且在编码区有更多的稀缺密码子.本研究揭示了从转录后和翻译水平上调控mRNA命运和功能的不同途径之间的紧密关联,为深入阐释基因表达的规律提供了新的见解.