新聞科研進展
蛙病毒(Ranavirus)是一類能跨種感染全球各地變溫動物（包括魚類、兩棲類、爬行類等）的核質大DNA病毒(NCLDVs)成員，但其復制和轉錄機制在很大程度上仍屬未知。最近，中國科學院水生生物研究所水生病毒學學科組基于建立高效蛙病毒重組、基因復制及功能測試系統，以及從魚類細胞新生DNA中分離特定蛋白、重組病毒親和層析和納米熒光素酶NanoLuc互補及質譜分析技術，鑒定并揭示了蛙病毒復制和轉錄機器的組織架構及相關作用機制。
蛙病毒的復制和轉錄機器是一個由至少30種病毒蛋白和6種宿主蛋白構成的復雜裝置；其核心復制體由病毒DNA聚合酶 (vDPOL)、增殖細胞核抗原（vPCNA）、單鏈DNA結合蛋白（vSSB）、解旋酶/引物酶（vhelicase/primase）等構成；而轉錄復合物的核心病毒RNA聚合酶則包含宿主RNA聚合酶II（RNAPII）亞單位Rpb3、Rpb6和Rpb11等蛋白；并經實驗驗證蛙病毒復制和轉錄機器中多種蛋白之間的關聯與相互作用 (圖1)。
其中轉錄復合物核心包含宿主聚合酶亞基，這在核質大DNA病毒群（虹彩病毒科（Iridoviridae）、痘病毒科（Poxviridae）、非洲豬瘟病毒科（Asfarviridae）、藻類DNA病毒科（Phycodnaviridae）及擬菌病毒科（Mimiviridae）等）中尚屬首次涉及。進一步證實作為病毒DNA復制和轉錄的連接體與調節中心，蛙病毒復制體核心蛋白vDPOL可與不同病毒及宿主蛋白相互作用，這預示該機器在蛙病毒跨種感染過程中起關鍵作用，為進一步闡釋子代蛙病毒的高效復制及跨物種感染機制提供全新視野。
相關研究以 “Replication and transcription machinery for ranaviruses: components, correlation, and functional architecture” (蛙病毒的復制和轉錄機器: 組件、相關性及功能架構) 為題，于近日由Cell & Bioscience在線發表。該項研究由水生所水生病毒學科組與桂建芳院士團隊合作完成，柯飛副研究員為第一作者，張奇亞研究員為通訊作者。原文鏈接網址：https://doi.org/10.1186/s13578-021-00742-x
水生病毒學學科是水生所的特色學科之一。該學科組致力水生病毒病原的分離鑒定、復制轉錄、感染與傳播分子機制研究，水生病毒的組學與基因功能、水生病毒與宿主及水環境相互作用的基礎理論研究，及水生病毒(基因與技術)資源的發掘應用研究。先后獲湖北省自然科學二等獎2項（“重要水產動物病毒病原的鑒定及致病機理研究(2004Z-034-2-010-007)”，“水產動物不同病毒基因組解析及病毒與宿主相互作的用分子機制(2017Z-023-2-010)”）；獲授權國家發明專利8項；出版研究生教材《水生病毒學》(高等教育出版社，2008，pp1-413)，中英、文雙語專著《水生病毒及病毒病圖鑒》(科學出版社，2012，pp1-479)，并作為國際病毒分類委員會虹彩病毒專家組成員，與美、澳、德等國學者合著英文專著Ranaviruses: Lethal Pathogens of Ectothermic Vertebrates (Springer International Publishing，2015，pp1-246) 等。近些年，水生病毒學科組承擔國家自然科學基金重點項目、面上項目和青年項目、“藍色糧倉科技創新”重點專項、“合成生物學”重點專項及中國科學院重點部署項目等任務。
此外，基于揭示涵蓋虹彩病毒、皰疹病毒、彈狀病毒、呼腸孤病毒、線頭病毒、雙RNA病毒、肌尾病毒、短尾病毒等病毒科中數十種水生病毒完整基因組架構及關鍵基因功能，在水產動物病毒基因組及病毒-宿主相互作用 (Zhang & Gui, Sci China Life Sci, 2015, 58(2):156–169)、蛙病毒跨種感染轉錄組測試分析及其特征 (Ke et al, BMC Genomics, 2018, 19:211) (圖2)、魚類呼腸孤病毒量子點單粒示蹤及其胞內動力學 (Liu et al, Frontiers in Microbiology, 2018, 9:2797) (圖3)、水生病毒的多樣性，進化貢獻及生態作用 (Zhang & Gui, Sci China Life Sci, 2018, 61(12):1486-1502)、蛙病毒經同源細胞受體入侵不同水生動物物種細胞 (Ke et al, Viruses, 2019, 11(7), pii: E593) 及 鯽皰疹病毒環指蛋白的結構與功能 (Wang et al, Viruses. 2021,13:254) 等方面取得系列進展。
圖 1 蛙病毒轉錄與復制機器示意圖。揭示在病毒加工廠中，這一至少含36種蛋白組分、及各組分在病毒復制與轉錄過程中行使不同功能與協同作用復雜裝置的組成與結構 (Ke et al, Cell & Bioscience, 2022)。
圖2：跨種感染大鯢的蛙病毒子代及宿主命運示意圖。體現跨種感染的蛙病毒進入宿主后，迅速進行擴增，且采取避免過度刺激宿主應答的策略，為子代病毒適應性進化及在不同宿主中跨種傳播積蓄力量 (Ke et al, BMC Genomics, 2018)。
圖 3：量子點示蹤的單顆粒魚類呼腸孤病毒(白色箭頭所示)入侵宿主細胞的實時狀態圖。呈現由量子點標記的單顆粒病毒(紅色)侵入細胞膜(綠色)的過程，記錄呼腸孤病毒在數秒時間內侵入魚類細胞的過程 (Liu et al, Frontiers in Microbiology, 2018)。