流感病毒是一種重要的人獸共患性病原體。據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計數(shù)據(jù),全球每年約有10億人感染流感病毒,導(dǎo)致約300-500萬重癥病例,25-50萬死亡病例。同時,近年來H5亞型高致病性禽流感的全球流行給養(yǎng)禽業(yè)帶來毀滅性的打擊,造成數(shù)以億計的家禽和野生鳥類死亡。值得注意的是,家鴨雖然對流感病毒易感,但多數(shù)為無癥狀帶毒,不易出現(xiàn)臨床癥狀。研究表明,家鴨對流感病毒具有較強的適應(yīng)性免疫,但是其機制尚不清楚,而主要組織相容性復(fù)合體 (Major histocompatibility complex, MHC) 是機體適應(yīng)性免疫的重要組成部分。因此構(gòu)建家鴨完整MHC基因圖譜、深度挖掘與適應(yīng)性免疫相關(guān)的基因,是解析家鴨對流感病毒適應(yīng)性免疫機制的重要途徑。
中國農(nóng)業(yè)大學生物學院黃銀花教授長期致力于家禽基因組及抗流感病毒機制研究,此次與動物醫(yī)學院孫洪磊教授合作,在國際上首次繪制出家鴨MHC基因圖譜,并對MHC區(qū)域基因家族進行深入分析,證實了鴨適應(yīng)性免疫相關(guān)基因有助于鴨抗流感病毒的假說,有望為科學防控流感病毒提供新策略和新思路。該研究論文2024年1月21日在線發(fā)表在國際著名生物學雜志《BMC生物學》(BMC biology)。為克服MHC區(qū)域基因密度大、多態(tài)性高, 常規(guī)的 BAC 測序和全基因組組裝測序均難于獲得該區(qū)域基因組序列圖譜等卡點,研究團隊運用三代單分子和二代測序數(shù)據(jù), 結(jié)合光學圖譜和高通量染色體構(gòu)象捕獲技術(shù)的輔助組裝方法,成功構(gòu)建包含 40 條染色體的北京鴨參考基因組序列 (SKLA1.0),并注釋了 17896 個編碼基因和66217 條轉(zhuǎn)錄本。與國際上現(xiàn)有4個北京鴨基因組、模式生物雞和斑胸草雀高質(zhì)量基因組相比,SKLA1.0 具有更高的連續(xù)性(比北京鴨基因組提高近6倍), 且基因組序列和注釋基因集更為完整。更重要的是,該研究基于高質(zhì)量的北京鴨參考基因組序列SKLA1.0, 在國際上首次構(gòu)建了鴨MHC 區(qū)域完整的基因組序列圖譜和基因圖譜,發(fā)現(xiàn)鴨的MHC保留原始兩棲動物該區(qū)域的核心基因框架,但是顯著擴增MHCI和MHCII類分子、自然殺傷細胞受體以及嗜乳脂蛋白基因。研究人員進一步分析鴨MHC基因家族功能,揭示鴨抗禽流感病毒的適應(yīng)性免疫機制,包括:多樣化的MHC分子通過廣泛高效識別病原和激活機體適應(yīng)性免疫,提升鴨對不同病原的免疫監(jiān)視能力;多樣化的抑制性NK細胞受體和乳脂球蛋白可有效調(diào)節(jié)適應(yīng)性免疫反應(yīng)強度,避免炎癥風暴的發(fā)生;大量MHCII伴侶分子DMB假基因降低了鴨抗原遞呈效率,限制了機體對禽流感病毒或疫苗產(chǎn)生抗體的能力,這既可解釋鴨具有更強的抗禽流感能力的重要原因,也為水禽禽流感疫苗改進提供了新的思路。在此之前,黃銀花教授團隊繪制了國際上首張家鴨遺傳連鎖圖譜和物理圖譜(Genetics),構(gòu)建了全球首個禽流感病毒天然宿主—鴨的全基因組序列精細圖譜、結(jié)構(gòu)變異圖譜、基因圖譜和禽流感病毒感染鴨肺轉(zhuǎn)錄組圖譜(Nature Genetics封面文章),系統(tǒng)闡明了重要抗禽流感病毒免疫基因OAS功能分化和抗病分子調(diào)控機制(Science China Life Sciences, Frontiers in Immunology, BMC Evolutionary and Biology)。這是該團隊在家禽基因組和抗病免疫領(lǐng)域取得的又一項重要研究成果,為深度解析水禽抗禽流感適應(yīng)性免疫機制和研發(fā)水禽專用高效禽流感疫苗指明了方向。中國農(nóng)業(yè)大學生物學院黃銀花教授和動物獸醫(yī)學院孫洪磊教授為該研究論文的共同通訊作者,生物學院已畢業(yè)博士研究生胡加祥、宋林霏和寧夢菲以及在讀博士生牛心語為共同第一作者。中國農(nóng)業(yè)大學動物醫(yī)學院劉金華教授和蒲娟教授、江蘇省農(nóng)業(yè)科學院李慧芳研究員和揚州大學龔道清教授參與了本項研究工作。西北工業(yè)大學王文教授、中國農(nóng)業(yè)大學趙要風教授和華中農(nóng)業(yè)大學周紅波教授給本項目研究提供了寶貴的建議。該研究得到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目(CARS-42)和國家自然科學基金面上項目(32172716)的經(jīng)費資助。