科研论文 | 长短结合!FASTASeq 300+ONT平台助力湖北省疾控中心开展人腺病毒基因组特征研究
时间:
2024-12-25
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科研论文 | 长短结合!FASTASeq 300+ONT平台助力湖北省疾控中心开展人腺病毒基因组特征研究



文章梗概

近日,太阳集团电子游戏生物携手湖北省疾病预防控制中心,在Scientific Reports上发表了题为Hybrid sequencing for detailedgenetic characterization of human adenoviruses”的研究成果。该研究基于太阳集团电子游戏生物FASTASeq 300和ONT MinION Mk1C测序平台,对26例腺病毒阳性的上呼吸道感染患者样本进行了测序并深入分析通过ONT长读长和FASTASeq 300短读长测序的混合组装,成功获得32条完整组装的HAdVs基因组,并对其进行了全方位剖析,为HAdVs流行病学调查及公共卫生安全提供了新的见解。


背景介绍

腺病毒(Human adenoviruses,HAdVs)是引发呼吸道感染的常见病原体,还可能导致膀胱炎、眼结膜炎、胃肠道疾病乃至脑炎等多种健康问题。HAdVs拥有众多不同的基因型,并且它们之间可以发生基因重组,产生毒性和适应性更强的新毒株,对公共卫生安全构成极大威胁。面对HAdVs的多样性和重组能力,我们需要加强监测和研究,以更好地理解这些病毒的传播模式和致病机制,帮助制定更有效的预防措施和治疗策略。


腺病毒基因组学研究对于发现新毒株、理解病毒基因型间的变异和进化至关重要,有助于掌握病毒的进化趋势及预防病毒感染的爆发。长读长测序技术(如ONT)能解决短读长测序中的一些难题,比如序列碎片化、复杂的重复区域等,但错误率较高。短读长测序(如FASTASeq 300)准确度高,可以用来校正长读长测序的结果。因此,结合长、短读长测序的混合组装是获得高质量腺病毒基因组的有效策略:长读长提供框架,短读长提高精确度,共同组装出准确的HAdVs基因组。


*以下为该研究成果解读

结果概要

全基因组进化树及遗传多样性分析

通过对26个样本进行三代+二代测序,该研究成功组装了32条完整的HAdVs基因组序列,被归类为HAdV-B、C和E三类。进化分析揭示了HAdV-B类包含B3、B7和B55三个基因型,而HAdV-C类则包含C1、C2和C5三个基因型。值得注意的是,S9样本中存在两条35 Kb左右的长contig,且被划分为不同的系统发育分支,表明它们的进化轨迹存在差异,并且提示S9样本可能存在混合共感染的情况。在遗传多样性方面,该研究发现HAdV-C在六邻体基因(hexon)、纤维基因(fiber)和E3基因区域中展现出显著的高多样性。在基因组的其他区域,HAdV-C的遗传多样性低于HAdV-B。


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HAdVs基因组进化树及多样性分析


S9样本混合感染的验证

通过计算机模拟限制性内切酶分析,该研究发现S9样本的两条contig与已知的HAdV-C5和HAdV-C2参考基因组存在明显的遗传相似性。随后的序列比对分析显示,全基因组同源性分别高达98.68%和99.69%,并且在关键病毒核衣壳基因(Hexon, PentonFiber)序列中存在很高的相似性。以上结果证实了S9样本中腺病毒混合感染的复杂性,还展示了混合组装的优势,对于病毒菌株的精确基因分型和揭示病毒感染的复杂性至关重要。


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S9样本混合感染研究


腺病毒基因的一致性及多样性分析

HAdV-B、C和E中,HexonFiberE3基因的进化树分析结果与全基因组高度一致,而在PentonE1AE1BDNA polE4基因区域,HAdV-C显示出较低的遗传多样性,未形成清晰的分支。核苷酸一致性分析进一步确认了HAdV-C在E1AE1BDNA polPentonE4基因区域的高度遗传保守性,而HexonFiberE3基因区域则表现出较低的核苷酸同源性和较高的多样性。同义/非同义突变分析显示,HAdV-B和HAdV-C的大部分基因Ka/Ks比小于1,表明它们主要处于纯化选择下。然而,HAdV-C E4基因的Ka/Ks比值大于1,暗示存在正选择作用,增强病毒对宿主的适应性。这种增强可能是通过调节宿主细胞功能、促进病毒DNA复制及RNA加工过程来实现的。


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HAdVs基因多样性、一致性及突变情况分析


丨重组分析

重组是HAdV进化的主要驱动力之一,可能影响病毒的宿主适应性和传播能力。在本次组装得到的基因组中,HAdV-C的重组网络比HAdV-B更为复杂,并且识别出了更多的重组事件。重组断点遍布整个基因组,特别是在HAdV-C中,HexonFiber基因区域存在两个明显的重组热点。此外,S9样本的重组分析显示,S9-contig1可能是一个涉及C5参考菌株和S9-contig2的重组序列。


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HAdVs重组分析


共线性和GC含量分析

共线性分析揭示了HAdV-B和HAdV-C同种内菌株序列的高度相似性,这一发现为理解腺病毒的遗传稳定性提供了重要线索。GC分析表明,基因组中容易发生同源重组的区域GC含量明显较低,特别是在HexonE3FiberE4基因区域。这些区域不仅核苷酸多样性高,而且还是重组的热点区域


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图5 HAdVs共线性及GC含量分析


结论

1. 结合长读长和短读长的杂交测序,可以获得准确的HAdVs基因组,并且发现潜在的共感染;

2. E1A、E1B、DNA pol、PentonE4基因区域存在高度的遗传保守性,而Hexon、FiberE3基因区域则表现出较低的核苷酸同源性和较高的多样性;

3. HAdV-C的重组网络比HAdV-B更为复杂,在HexonFiber基因区域存在明显的重组热点;

4. 基因组中容易发生同源重组的区域GC含量明显较低,特别是在Hexon、E3、FiberE4基因区域。


参考文献

Fang B, Lai J, Liu Y, et al. Hybrid sequencing for detailed genetic characterization of human adenoviruses[J]. Scientific Reports, 2024, 14(1): 29490.


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