HIV-1和A/H1N1的适应性进化研究及HIV-1重组分析方法的评价

摘要

病毒的遗传进化和重组对病毒的传播、感染及致病有重要作用。本文使用进化生物学的经典方法对不同嗜性和亚型的HIV-1以及甲型H1N1(A/H1N1)流感病毒的适应性进化进行了研究，对HIV-1的重组分析方法进行了评价，并对HIV-1 CRF03 AB重组结构进行了重新分析。其主要结果如下：
　　 1.通过对不同细胞嗜性HIV-1 B和C亚型的全基因组进行适应性进化分析，我们发现R5和X4病毒经历了不同的进化方式，且不同的HIV-1基因受到不同的选择压力，意味着复杂的自然选择压力驱动HIV-1的进化。分析HIV-1 Gp120高变区上的正选择位点发现，相对于其它高变区，更多的正选择位点发生在B亚型X4病毒的V3区，B亚型R5病毒的V2区以及C亚型X4病毒的V1和V4区域。因为这些区域通常影响和决定HIV-1的细胞嗜性，更多的正选择发生在这些特殊的超变区意味着作用于Gp120上的选择压力与Gp120的受体识别和结合功能有关。在保守区的分析中发现，无论是B和C亚型，还是R5和X4型的病毒，更多的正选择位点发生在Gp120的C3区域(33.3％-55.6％，P＜0.05)，意味着先前认为不重要的C3区可能对HIV-1的生存和适应非常重要。另外，R5和X4病毒的Env基因中鉴定的正选择位点大约一半是相同的，这可能表明这些正选择位点对病毒生存和适应非常重要，也表明R5和X4存在交叉免疫原性位点的可能性，这些发现对于AIDS疫苗的设计和发展具有重要参考意义。
　　 2.通过对2009年爆发的A/H1N1流感病毒进行分子进化分析，我们验证了A/H1N1流感起源于猪流感、禽流感和人流感病毒片段的三重重配毒株与欧洲猪流感病毒株的再次重配。通过与其遗传关系相邻的病毒进行比较，A/H1N1流感病毒表现出较低的遗传分化度和较长的系统发生分支长度，说明A/H1N1流感病毒的重配并不是一个新近发生的事件。适应性进化分析显示在人类中流行的A/H1N1流感病毒受到强烈的纯化选择。另外，我们在A/H1N1流感病毒的全基因组中共找到76个新的特有的突变，这可能说明A/H1N1流感在进化早期受到了选择清扫(selective sweep)的作用。该研究对流感病毒临床诊断、治疗和疫苗的研究有重要意义。
　　 3.为了评价HIV-1重组分析中的Bootscan方法，我们使用Simplot软件对11个HIV-1流行重组型(CRF)进行了重新分析。结果显示，以250，300和350nt，特别是300nt作为滑动窗口并且以10nt作为滑动步长进行分析，获得的结果与病毒的重组位点最接近(P＜0.01)。因此，这组参数在HIV-1重组分析中应该被优先选择。在重组分析的亚型参考序列选择上，最好选择涉及重组事件发生的毒株或者在相同地区广泛流行的毒株作为亲本的参考亚型。用优化的参数标准对CRF03 AB的重组结构进行重新分析，我们确认了之前研究中发现的一个未知的嵌合小片段属于A亚型。

目录

文摘

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论文说明:缩略词

声明

第一章绪论

1.1 HIV概述

1.1.1 HIV的基因组结构

1.1.2 HIV的基因型

1.1.3 HIV的流行概况

1.1.4 HIV的复制过程

1.1.5 HIV的进化

1.2 HIV-1细胞嗜性的研究进展

1.2.1 HIV-1细胞嗜性与疾病发展的关系

1.2.2 HIV-1细胞嗜性转换的研究

1.3 HIV-1细胞嗜性在治疗中的意义

1.3本研究的目的和意义

1.4本研究的主要内容

第二章不同细胞嗜性HIV-1的全基因组适应性进化分析

2.1引言

2.2数据和方法

2.2.1序列收集和排序

2.2.2适应性进化分析方法

2.2.3统计分析

2.3结果

2.3.1 HIV-1主要基因的正选择分析

2.3.2 env基因上正选择位点的鉴定

2.3.3 gag和pol基因上正选择位点的鉴定

2.2.4 HIV-1的env基因上正选择位点的定位分析

2.3 讨论

本章小结

第三章甲型H1N1流感病毒的适应性进化研究

3.1引言

3.2数据和方法

3.2.1序列收集

3.2.2系统发生分析

3.2.3适应性进化分析

3.3结果

3.3.1甲型H1N1流感病毒的起源

3.3.2甲型H1N1流感病毒的进化距离分析

3.3.3甲型H1N1流感病毒的正选择分析

3.3.4甲型H1N1流感在跨种传播之前的遗传分化分析

3.4 讨论

本章小结

第四章不同参数和不恰当的亚型参考序列对HIV-1 CRFs重组分析的影响

4.1引言

4.2数据和方法

4.2.1序列下载

4.2.2系统发生树构建

4.2.3 Bootscan分析

4.2.4统计分析

4.3结果与讨论

4.3.1重组分析中最适参数的确定

4.3.2最适亚型参考序列的选择

4.4 HIV-1 CRF03_AB重组结构的重新分析

本章小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文