蛙病毒(Ranavirus)是一類能跨種感染全球各地變溫動物（包括魚類、兩棲類、爬行類等）的核質(zhì)大DNA病毒(NCLDVs)成員，但其復(fù)制和轉(zhuǎn)錄機(jī)制在很大程度上仍屬未知。最近，中國科學(xué)院水生生物研究所水生病毒學(xué)學(xué)科組基于建立高效蛙病毒重組、基因復(fù)制及功能測試系統(tǒng)，以及從魚類細(xì)胞新生DNA中分離特定蛋白、重組病毒親和層析和納米熒光素酶NanoLuc互補(bǔ)及質(zhì)譜分析技術(shù)，鑒定并揭示了蛙病毒復(fù)制和轉(zhuǎn)錄機(jī)器的組織架構(gòu)及相關(guān)作用機(jī)制。 

　　蛙病毒的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄機(jī)器是一個由至少30種病毒蛋白和6種宿主蛋白構(gòu)成的復(fù)雜裝置；其核心復(fù)制體由病毒DNA聚合酶 (vDPOL)、增殖細(xì)胞核抗原（vPCNA）、單鏈DNA結(jié)合蛋白（vSSB）、解旋酶/引物酶（vhelicase/primase）等構(gòu)成；而轉(zhuǎn)錄復(fù)合物的核心病毒RNA聚合酶則包含宿主RNA聚合酶II（RNAPII）亞單位Rpb3、Rpb6和Rpb11等蛋白；并經(jīng)實驗驗證蛙病毒復(fù)制和轉(zhuǎn)錄機(jī)器中多種蛋白之間的關(guān)聯(lián)與相互作用 (圖1)。 

　　其中轉(zhuǎn)錄復(fù)合物核心包含宿主聚合酶亞基，這在核質(zhì)大DNA病毒群（虹彩病毒科（Iridoviridae）、痘病毒科（Poxviridae）、非洲豬瘟病毒科（Asfarviridae）、藻類DNA病毒科（Phycodnaviridae）及擬菌病毒科（Mimiviridae）等）中尚屬首次涉及。進(jìn)一步證實作為病毒DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的連接體與調(diào)節(jié)中心，蛙病毒復(fù)制體核心蛋白vDPOL可與不同病毒及宿主蛋白相互作用，這預(yù)示該機(jī)器在蛙病毒跨種感染過程中起關(guān)鍵作用，為進(jìn)一步闡釋子代蛙病毒的高效復(fù)制及跨物種感染機(jī)制提供全新視野。 

　　相關(guān)研究以 “Replication and transcription machinery for ranaviruses: components, correlation, and functional architecture” (蛙病毒的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄機(jī)器: 組件、相關(guān)性及功能架構(gòu)) 為題，于近日由Cell & Bioscience在線發(fā)表。該項研究由水生所水生病毒學(xué)科組與桂建芳院士團(tuán)隊合作完成，柯飛副研究員為第一作者，張奇亞研究員為通訊作者。原文鏈接網(wǎng)址：https://doi.org/10.1186/s13578-021-00742-x 

　　水生病毒學(xué)學(xué)科是水生所的特色學(xué)科之一。該學(xué)科組致力水生病毒病原的分離鑒定、復(fù)制轉(zhuǎn)錄、感染與傳播分子機(jī)制研究，水生病毒的組學(xué)與基因功能、水生病毒與宿主及水環(huán)境相互作用的基礎(chǔ)理論研究，及水生病毒(基因與技術(shù))資源的發(fā)掘應(yīng)用研究。先后獲湖北省自然科學(xué)二等獎2項（“重要水產(chǎn)動物病毒病原的鑒定及致病機(jī)理研究(2004Z-034-2-010-007)”，“水產(chǎn)動物不同病毒基因組解析及病毒與宿主相互作的用分子機(jī)制(2017Z-023-2-010)”）；獲授權(quán)國家發(fā)明專利8項；出版研究生教材《水生病毒學(xué)》(高等教育出版社，2008，pp1-413)，中英、文雙語專著《水生病毒及病毒病圖鑒》(科學(xué)出版社，2012，pp1-479)，并作為國際病毒分類委員會虹彩病毒專家組成員，與美、澳、德等國學(xué)者合著英文專著Ranaviruses: Lethal Pathogens of Ectothermic Vertebrates (Springer International Publishing，2015，pp1-246) 等。近些年，水生病毒學(xué)科組承擔(dān)國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項目、面上項目和青年項目、“藍(lán)色糧倉科技創(chuàng)新”重點(diǎn)專項、“合成生物學(xué)”重點(diǎn)專項及中國科學(xué)院重點(diǎn)部署項目等任務(wù)。  

　　此外，基于揭示涵蓋虹彩病毒、皰疹病毒、彈狀病毒、呼腸孤病毒、線頭病毒、雙RNA病毒、肌尾病毒、短尾病毒等病毒科中數(shù)十種水生病毒完整基因組架構(gòu)及關(guān)鍵基因功能，在水產(chǎn)動物病毒基因組及病毒-宿主相互作用 (Zhang & Gui, Sci China Life Sci, 2015, 58(2):156–169)、蛙病毒跨種感染轉(zhuǎn)錄組測試分析及其特征 (Ke et al, BMC Genomics, 2018, 19:211) (圖2)、魚類呼腸孤病毒量子點(diǎn)單粒示蹤及其胞內(nèi)動力學(xué) (Liu et al, Frontiers in Microbiology, 2018, 9:2797) (圖3)、水生病毒的多樣性，進(jìn)化貢獻(xiàn)及生態(tài)作用 (Zhang & Gui, Sci China Life Sci, 2018, 61(12):1486-1502)、蛙病毒經(jīng)同源細(xì)胞受體入侵不同水生動物物種細(xì)胞 (Ke et al, Viruses, 2019, 11(7), pii: E593) 及 鯽皰疹病毒環(huán)指蛋白的結(jié)構(gòu)與功能 (Wang et al, Viruses. 2021,13:254) 等方面取得系列進(jìn)展。 

圖 1  蛙病毒轉(zhuǎn)錄與復(fù)制機(jī)器示意圖。揭示在病毒加工廠中，這一至少含36種蛋白組分、及各組分在病毒復(fù)制與轉(zhuǎn)錄過程中行使不同功能與協(xié)同作用復(fù)雜裝置的組成與結(jié)構(gòu) (Ke et al, Cell & Bioscience, 2022)。

圖2：跨種感染大鯢的蛙病毒子代及宿主命運(yùn)示意圖。體現(xiàn)跨種感染的蛙病毒進(jìn)入宿主后，迅速進(jìn)行擴(kuò)增，且采取避免過度刺激宿主應(yīng)答的策略，為子代病毒適應(yīng)性進(jìn)化及在不同宿主中跨種傳播積蓄力量 (Ke et al, BMC Genomics, 2018)。

圖 3：量子點(diǎn)示蹤的單顆粒魚類呼腸孤病毒(白色箭頭所示)入侵宿主細(xì)胞的實時狀態(tài)圖。呈現(xiàn)由量子點(diǎn)標(biāo)記的單顆粒病毒(紅色)侵入細(xì)胞膜(綠色)的過程，記錄呼腸孤病毒在數(shù)秒時間內(nèi)侵入魚類細(xì)胞的過程 (Liu et al, Frontiers in Microbiology, 2018)。