【摘要】：病毒是世界上最豐富多樣的微生物群體,其廣泛存在于各種生物體及環(huán)境中,并且在環(huán)境和人類健康中扮演著重要的角色。病毒宏基因組學(xué)技術(shù)的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)分離鑒定方法的瓶頸,加快了人類對病毒研究的步伐。隨著測序技術(shù)的快速進步及相關(guān)費用的逐步降低,宏病毒組學(xué)技術(shù)已經(jīng)成為新病毒發(fā)現(xiàn)的最為重要的手段之一。在以動物新發(fā)疫情監(jiān)測和預(yù)警為主要功能的實驗室,數(shù)據(jù)分析的效率和準(zhǔn)確性對疫情早期防控至關(guān)重要,而目前以商業(yè)公司為依托的宏病毒測序及數(shù)據(jù)分析模式,無法滿足該需求,亟需建立本地的宏病毒數(shù)據(jù)分析平臺,為新發(fā)疫情早期預(yù)警提供技術(shù)支撐。為建立本地化動物宏病毒數(shù)據(jù)分析平臺,本研究首先利用Perl語言程序及MySQL數(shù)據(jù)庫語言建立起標(biāo)準(zhǔn)化且兼容性良好的病毒基因組參考數(shù)據(jù)庫,其包含89個病毒科或?qū)僭趦?nèi)的11萬多條目前已知的病毒全基因序列。其次,根據(jù)宏基因組數(shù)據(jù)分析流程,建立和部署了測序原始數(shù)據(jù)質(zhì)控、數(shù)據(jù)清洗、序列拼接、序列注釋、功能預(yù)測以及遺傳演化分析等應(yīng)用程序,構(gòu)建起了本地宏病毒組數(shù)據(jù)分析平臺。另外,根據(jù)動物新病毒發(fā)現(xiàn)中對敏感性和特異性的不同需求,建立了兩種基因序列注釋策略:基于讀長序列分析(Assembly-free analysis)和基于重疊序列分析(Assembly-based analysis),前者能提高注釋的敏感性,有利于發(fā)現(xiàn)低拷貝的病毒基因組序列;后者可提高注釋的特異性,保障注釋結(jié)果的準(zhǔn)確性。為驗證該平臺的應(yīng)用效果,首先利用數(shù)據(jù)質(zhì)控和清洗軟件對從安徽省采集的豬群鼻拭子樣品及血清樣品中獲得的宏基因組數(shù)據(jù)進行了分析和處理,原始測序數(shù)據(jù)經(jīng)接頭序列及低質(zhì)量序列去除后分別得到31490033和41208780對讀長序列。將得到的讀長序列利用MEGAHIT軟件進行基因組序列組裝,組裝后結(jié)果顯示鼻拭子樣品得到415117條重疊序列(contig),血清樣品得到81026條重疊序列。隨后利用基礎(chǔ)病毒基因組數(shù)據(jù)庫和注釋軟件對組裝后的重疊序列進行基因注釋,結(jié)果顯示鼻拭子樣品中共計307 contigs被注釋到1942條病毒序列,其中48.9%為指環(huán)病毒科(Anelloviridae)病毒序列,20.2%為細小病毒科(Parvoviridae)序列,16.2%為圓環(huán)病毒科(Circoviridae)序列,11.1%為冠狀病毒科(Coronaviridae)序列;此外還包括多種其它病毒,如哺乳動物星狀病毒、痘病毒、白血病病毒等;血清樣品中共計10012條重疊序列被注釋到1376條病毒序列,其中細小病毒科序列占66.5%,指環(huán)病毒科序列占29.5%,圓環(huán)病毒科序列占1.3%。以上結(jié)果說明血清樣品和鼻拭子樣品中病毒多樣性存在差異。此外,實例宏病毒組數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)不同研究策略分析效率略有不同,完成基于讀長序列注釋分析耗時1.5 d,而基于重疊序列注釋分析則耗時3.5 d。以上研究結(jié)果表明,本研究成功建立了一個本地化的動物病毒宏基因組數(shù)據(jù)分析平臺,利用該平臺可高效、準(zhǔn)確地完成動物病毒宏病毒組學(xué)數(shù)據(jù)分析,能滿足新發(fā)動物病毒病監(jiān)測和預(yù)警的需求,對我國動物疫病防控具有重要意義。
【圖文】：

共計完成 11 萬多條病毒序列的匯總（圖2.2）。至此，我們完成了本地化病毒基因組數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建。圖 2.2 病毒基因組數(shù)據(jù)庫病毒科組成Fig. 2.2 The component of the virus family of the viral genome database

圖 2.1 病毒基因組數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)表關(guān)系Fig. 2.1 The relationships of tables of the viral genome database我們對包括脊椎動物病毒、無脊椎動物病毒和植物病毒等在附錄 4）的病毒序列進行下載整理，共計完成 11 萬多條病完成了本地化病毒基因組數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建。
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S852.65

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本文編號：2676892