浙江大学最新评述：深度测序技术发掘植物病毒资源

　　科学通报，中国科学C辑:生命科学，这两份期刊均是由中国科学院和国家自然科学基金委员会共同主办的，我国学术期刊中的知名品牌，被国内外各主要检索系统收录，如国内的《中国科学论文与引文数据库》(CSTPCD)、《中国科学引文数据库》(CSCD)等；美国的SCI、CA、EI，英国的SA，日本的《科技文献速报》等。目前针对每期的重点内容，生物通将展开详细推荐，欢迎读者共同参与……

　　生物通报道：第二代测序技术(NGS)因其快速和灵敏的检测特点已成为植物病毒学研究的强有力工具，这一技术具有非序列依赖性的优势, 能同时检测植物样品中可培养和不可培养的、含量高及含量低的所有的 DNA 病毒、RNA 病毒以及类病毒, 它的出现极大地变革和推进了病毒的发现历程，近期来自浙江大学生物技术研究所等处的研究人员围绕 NGS及其在植物病毒发掘中的应用研究和前景进行概述和展望。

　　植物病毒俗称植物上的癌症, 其流行和爆发严重威胁粮食生产和人类食品安全. 据不完全统计, 全世界每年因植物病毒病造成的农业损失占粮食作物总产量的 10%. 对植物病毒病进行快速准确地诊断对于病毒病的防控十分重要和紧迫. 病毒诊断一般要求达到检测并鉴定病毒到种的水平. 检测植物病毒的传统方法包括血清学检测、电子显微镜观察、指示植物接种、 通过 PCR 或 RT-PCR 进行的 DNA 扩增、芯片杂交等. 上述方法使用的一个重要前提是对病原物的基因组特性、 血清学特性、 生物学特性、理化特性等有预先的了解, 而在对未知病原物了解缺乏的情况下, 这些检测方法就显得耗时长、效率低下、容易出现检测误差等问题, 因此极大地限制了其在实际工作中的推广和应用。

　　近年来，第二代测序技术(next gene -ration sequencing, NGS)发展迅猛，与 Sanger 测序技术相比, NGS 是一种能一次对几十万到几百万的DNA 分子进行序列测定的高通量的测序技术, 这种高通量测序使得对一个物种的转录组和基因组进行细致全貌地分析成为可能, 因此又被称为深度测序(deep sequencing). 相比传统的个体基因组测序, NGS 使得测序价格日益廉价, 并且在生物信息学软件的辅助下, 可以将大量不同基因片段的信息连接起来进行基因组组装, 完成生物的基因组测序，这种新的测序技术革新了植物病毒的诊断方法, 对于病毒的流行病学和生态学研究起到了非常重要的推动作用。

　　就此研究人员围绕 NGS 及其在植物病毒发掘中的应用进展进行概述，文章首先介绍了NGS技术平台的建立与发展，重点聚焦于Roche公司的 454测序技术 ， Illumina 公司的 Solexa 技术，以及 ABI 公司的 SOLiD技术，并对这些技术进行了比较，见下图：

　　文章还介绍了基于宏基因组学的 NGS，宏基因组学(metagenomics)是一种以特定生态环境中微生物的群体基因组为研究对象, 以功能基因筛选和测序分析为研究手段的新研究方法[27], 已被广泛地应用于海洋生物、植物、人类疾病等的候选病毒资源发掘和病毒多样性的研究。

　　2007 年, Cox-Foster 等人首次报道利用基于 NGS 的宏基因组学对病毒进行诊断. 他们从来自美国的患有群体崩溃紊乱症(colony collapse disorder, CCD)的蜂群、 来自美国和澳大利亚的健康蜂群和中国进口的蜂王浆中提取总RNA后构建cDNA文库, 利用454 GS-FLX平台进行 NGS, 对组装的 contigs 在 NCBI 数据库进行比对, 结果在感染 CCD 的蜂群中发现了 7 种病毒以及一些来自细菌、真菌等的病原, 尽管未发现新的病毒, 但最终确认以色列急性麻痹病毒(Israeli acute paralysis virus, IAPV)是 CCD 发生的指示病毒。

　　此外还有基于小RNA深度测序的 NGS，目前利用 NGS 测定 siRNA 已在一系列植物的未知病原鉴定中发挥了重要作用. 一个典型的案例来自 Li 等人对美国和墨西哥分离的表现斑驳、花叶、矮化、叶畸形等症状的 4 个番茄样品的小RNA 进行 NGS. 他们通过消减寄主来源的 siRNA 对vsiRNA 进行富集和组装, 进一步的生物信息学分析显示, 形成的 contigs 能拼接出一个完整的马铃薯纺锤形块茎类病毒(Potato spindle tuber viroid, PSTVd)的基因组序列, 并证实 2 个核苷酸同源性为 82%的PepMV 株系(Eu 和 US1)在美国样品中普遍存在复合侵染现象. 进一步通过在 NCBI 数据库进行的BLASTx 比对, 发现来自墨西哥样品的 2 个最长的contigs 与几个已知的马铃薯病毒科病毒的氨基酸序列同源性在 60%左右, 利用这 2个 contigs有 13 nt重复的特点, 通过重叠RT-PCR和RACE扩增的方法获得了一个长 10057 nt 的新的马铃薯病毒科病毒。