李宁院士等揭示禽流感病毒天然宿主抗病分子机理

青草

由中国农业大学、深圳华大基因研究院、哈尔滨兽医研究所、英国爱丁堡大学合作关于鸭基因组项目取得重要进展，中国农业大学李宁院士、华大基因王俊博士为通讯作者，相关文章发表在6月9日的"Nature Genetics"杂志上。

      
      
新闻发布会现场

历史上，流感曾给人类带来毁灭性灾难，导致数百万人的死亡。至今流感仍严重威胁人类健康，造成每年至少800亿美元的损失。而禽流感，特别是高致病性禽流感会给养禽业带来毁灭性的打击。鸭作为最重要的流感病毒天然宿主之一，能携带除H13和H16亚型的所有16种HA和9种NA亚型A型流感病毒，是研究宿主抗流感免疫机制的理想模型。另一方面，家鸭是我国养殖数量第二的家禽，2011年全国鸭肉产量(达300万吨)接近世界总产量70%，养鸭业已成为我国畜牧业经济收入的重要支柱。另外，水生环境容易滋生病原微生物，水禽需要分泌更多油脂和产生更强免疫力以适应水生生活。鸭与陆禽家鸡分化9千万年后获得了特异的脂肪分泌和代谢能力，因此鸭也是研究脂肪代谢和免疫适应性进化的重要物种。

在该研究中，科研人员测定了高达64倍测序深度的全基因组序列，构建了覆盖全基因组95%以上、Scaffold总长度为1.1Gb的高质量序列精细图谱，以及包含3百万个SNP位点、2960个复制片段的高密度结构变异图谱。结合基因组注释，预测了19144个编码基因和807个非编码基因。鸭序列精细图谱、结构变异图谱和基因图谱为家禽，尤其是水禽进化和功能基因组研究提供了新的资源。

通过进化分析，研究人员发现约12%基因组成差异和7.6%基因适应性选择的变化导致鸭和鸡表型的分化;进一步分析发现，具有防止机体出现过度炎症反应，以及促进油脂分泌作用的类乳脂球蛋白基因的显著增加，可能提高鸭免疫应答效率和增加其油脂分泌能力以适应滋生大量病原微生物的水生环境。

免疫相关基因直接影响机体的免疫能力。研究人员发现鸭免疫相关基因的数量与鸡、珍珠鸟相当，均显著少于人和鼠的数量。但鸭免疫基因的适应性选择和显著增加的鸭β-防御素基因可能提高了鸭的免疫力。

在抗病基因的研究中，研究人员构建了感染高致病性和低致病性禽流感H5N1病毒的鸭肺转录组图谱，发现与低致病性禽流感H5N1病毒比较，高致病性禽流感H5N1病毒感染1-3天后能引起宿主免疫系统的大范围严重紊乱进而导致宿主死亡。这说明禽流感病毒的毒力与其对宿主免疫系统破坏的程度成正比。系统分析发现已定义的150个鸭细胞因子中，119个参与了抗流感免疫反应，说明细胞因子在禽类的抗流感免疫中具有重要作用。

已知H5N1禽流感病毒均能在感染鸡数天内致死。但低致病性禽流感H5N1病毒感染鸭后，出现轻微流感症状，3-4天后可恢复正常。研究人员发现能识别流感病毒并激活机体免疫反应的DDX58基因在鸡基因组缺失，但在鸭基因组中保留，导致了鸡和鸭对禽流感病毒免疫能力的差异。富集于禽类细胞质的AvIFIT与流感病毒基因片段如PB1、PB2或NP的直接或间接结合，延长病毒复制周期，进而减少了体内病毒的数量，表达量急剧增加的AvIFIT能诱导趋化因子而调节免疫细胞活性,促进感染病毒细胞的凋亡，进而减轻流感病毒对机体的损伤，与哺乳动物通过形成灵活构象的IFIT异源多聚体增加抗流感病毒的活性机制不同，单一分子的禽类AvIFIT可能形成同源多聚体而增强抗流感病毒的活。有趣的是，研究人员首次发现显著增加的鸭β-防御素基因和类乳脂球蛋白基因具有抗流感病毒的活性，进一步证实了鸭可通过增加β-防御素基因和类乳脂球蛋白基因的数量，提高其抗禽流感病毒的免疫能力。

专家表示，鸭基因组的解析给生物学家提供了首个雁形目鸟类和第一个禽流感病毒天然宿主的序列精细图谱，为家禽抗流感和水禽适应性进化分子机理研究翻开了新的一页;鸭高密度结构变异图谱为家禽基因组选择育种与关联分析提供了新资源，带动水禽功能基因组研究进入组学时代;而该研究项目构建的感染禽流感H5N1病毒鸭肺组织转录组图谱，以及鉴定的抗流感免疫相关基因，进一步揭示了家禽抗流感的分子机理，将极大加速家禽抗流感新品系培育的步伐。

2013年6月7日，自然出版集团(Nature Publishing Group, NPG) 邀请中国农业大学、深圳华大基因研究院在北京举办新闻发布会。《自然》执行编辑、NPG大中华区总监Nick Campbell博士主持发布会，称李宁院士关于鸭基因组和禽流感的论文为“2013年6月发表在自然出版集团的特别重要研究成果”。李宁院士、王俊博士介绍了研究发现和过程，并回答了媒体提问。我校副校长李召虎、深圳华大基因研究院院长王俊、新华社等国内外30多家媒体代表参加了新闻发布会。这是自然出版集团在中国首次为中国科学家研究成果发表举办的新闻发布会。

文章链接：

The duck genome and transcriptome provide insight into an avian influenza virus reservoir species. Yinhua Huang,Yingrui Li,David W Burt,Hualan Chen,Yong Zhang,Wubin Qian,Heebal Kim,Shangquan Gan,Yiqiang Zhao,Jianwen Li,Kang Yi,Huapeng Feng,Pengyang Zhu,Bo Li,Qiuyue Liu,Suan Fairley,Katharine E Magor,Zhenlin Du,Xiaoxiang Hu,Laurie Goodman,Hakim Tafer,Alain Vignal,Taeheon Lee,Kyu-Won Kim,Zheya Sheng et al. doi:10.1038/ng.2657