基于基因进化树和地理数据库追踪禽流感病毒变异

• 作者: Charles Damien Lu 孙明伟 彭谨 曾俊 杨浩 江华 胡卫建 蔡斌
• 来源期刊: 中华急诊医学杂志
• 学科: 医学
• 关键词: 禽流感 病毒基因变异 谷歌地图 地理信息系统 基因进化树 同义突变/非同义突变基因比例 Jukes-Cantor算法 中国
• 年，卷（期）: 2012,（8）
• 所属期刊栏目: 临床研究
• 页码范围: 887-891
• 分类号: R459.7
• 字数: 4344字
• 语种: 中文
• DOI: 10.3760/cma.j.issn.1671-0282.2012.08.021

摘要

目的 禽流感疫情的爆发和传播受到多种自然因素的影响.今欲尝试将地理信息系统与基因进化树分析相结合,以建立一种基于基因序列变异追踪中国禽流感病毒地理传播的技术.方法 禽流感病毒基因来源于美国国立医学图书馆(National Library for Medicine,NLM)数据库,所获得的基因组数据利用E-Utilities软件包转化为结构体后,可用Matlab软件阅读.结构体主要字段包括PB2、PB1、PA、HA、NP、HA、M1和NS1 8个片段,分别代表流感病毒的8个不同的基因片段.基于结构体字段,利用计算生物学的方法比较不同传播能力禽流感病毒的同义突变/非同义突变基因(Ka/Ks)比例,确定不同选择压力之下A型禽流感病毒的基因突变模式.进而选择Ka/Ks比例最大的基因片段,采用Jukes-Cantor算法估计氨基酸序列变异的进化距离,然后对不同爆发点的H5N1型禽流感进行进化树聚类.将聚类信息输入Google Earth,并利用不同图层地理信息对影响爆发点分布的因素做单因素分析.结果 比较分析A型禽流感所有的8个基因序列可以看出,NS1、HA和NA蛋白的Ka/Ks比值较大.三者中,HA基因的Ka/Ks比值最大,可以代表病毒的传播能力.利用分级聚类的思路对HA基因转录的氨基酸相似程度进行比较,发现自2003年以来亚洲地区爆发的H5N1型禽流感之间的关系可以表示为一个由30个节点构成的进化树,其中14个节点为分支节点,16个节点为叶子结点.把分支树的前三个节点作为分类标准,可以把所有16个病毒株分为四类.这四类病毒在地理空间的分布呈现一定规律.计算发现禽流感爆发相关地理因素排序分别为:内陆水体＞主要铁路交通线＞家禽密度.结论 对中国H5N1病毒株基因序列变异的地理分布分析显示,禽流感病毒爆发与候鸟迁徙、家禽运输密切相关.