比较基因组学研究揭示非洲猪瘟病毒具有开放型泛基因组

非洲猪瘟（African swine fever，ASF）是由非洲猪瘟病毒（ASFV）引起的一种猪烈性传染病，死亡率可高达100%。该病被世界动物卫生组织（OIE）列为法定报告动物疫病，我国将其列为一类动物传染病。ASF 于1921 年在肯尼亚首次报道，先后在非洲、欧洲和美洲流行。2007 年该病从非洲传入格鲁吉亚，随后扩散至高加索地区和俄罗斯联邦。2018年，ASF 首次传入我国，随后迅速大范围蔓延并波及多个亚洲国家，给疫区国家造成巨大的经济损失，并严重冲击畜产品的国际贸易。ASFV 是非洲猪瘟相关病毒科（Asfarviridae）非洲猪瘟病毒属（Asfivirus）的唯一成员，是结构复杂的双股线状DNA 病毒，基因组庞大，全长约170 kb～194 kb，至少编码150 种蛋白。目前对ASFV 基因组特征认知不足，严重阻碍了病毒致病机制及疫苗研究。2005 年，Tetin等人提出了泛基因组概念（Pan-genome）。泛基因组指某个物种全部基因的集合，按照基因在个体中的分布情况，可将其分为核心基因（Core genes）和非必需（附属）基因（Accessory genes）。其中，核心基因指在该物种所有个体中均存在的基因，非必需基因指在该物种部分个体中存在的基因。随着某一物种个体基因组数目不断增加，个体独有基因的数目也无限地增加，则认为该物种具有开放型泛基因组；反之，随着个体基因组数目增加，物种的泛基因组大小增加到一定程度后收敛于某一恒定值，则为闭合型泛基因组。泛基因组分析对了解基因组动态、种群结构、物种进化、发病机制等具有重要意义。

近期，《Transboundary and Emerging Diseases》发表了中国农业科学院哈尔滨兽医研究所仇华吉团队和中科院微生物所毕玉海团队合作完成的“Comparative genomic analysis reveals an "open" pan-genome of African swine fever virus”的研究论文。该研究首先建立了ASFV 基因组组装流程，通过直接从ASFV 感染猪的组织或血液等样本中提取病毒核酸进行二代测序和组装（不需要实验室分离培养和富集病毒），获得了4 株近乎全长的ASFV 基因组。此外，利用比较基因组学方法系统分析了这4 株国内ASFV 基因组和公共数据库中的42 株ASFV 基因组序列。通过对这46 个ASFV 基因组的分析与数据拟合，发现ASFV 在基因（编码区）与基因间隔区（非编码区）两个水平均显示出开放型泛基因组的特征。在ASFV分离株中发现的151～174 个基因中，只有86 个基因为核心基因，其余的为非必需基因，而在757 个唯一的非编码区集合中，只有11 个非编码区为核心非编码区，表明相较于蛋白质编码基因，非编码区具有更高的变异程度。进一步分析发现非编码区高变异的这一特点主要是由非编码区在不同个体间的长度与相似度的差异所造成的。另外，86 个核心基因中只有44 个基因，以及324 个非必需基因中的155个基因可通过已知功能的蛋白实现功能注释。值得注意的是，在非必需基因中发现一些趋向性基因，并在核心基因中发现两个新的潜在的毒力基因。同时，进化树分析结果显示，目前全球ASFV 分离株可划分为3 个进化谱系（Lineage），中国分离株属于谱系I、基因II 型（基于p72 基因的分型系统）。所有的亚洲分离株均属于谱系I、基因II 型，所有的欧洲株也属于谱系I，但是具有两个基因型（基因I 型和II 型），非洲分离株则属于多个基因型。另外，在进化关系上亚洲分离株与部分欧洲分离株混杂在一起，提示其可能具有共同的来源。以上研究数据表明，ASFV 具有显著的自然多样性。

该研究通过比较基因组学揭示了ASFV 的遗传特征和进化规律，首次发现ASFV 具有开放型泛基因组（在基因与基因间隔区均存在这一现象）、可能具有趋向性基因、发现两个新的潜在的毒力基因。这些发现为ASFV 的免疫机制研究及疫苗研发提供了重要线索。