中國金宝搏入口188揭示短尾噬藻體關鍵侵染元件的原位組裝模式
188bet足球生命科學(xue)(xue)與醫學(xue)(xue)部(bu)周(zhou)叢照(zhao)教授(shou)課題(ti)組(zu)利用(yong)冷凍電鏡單顆粒技術(shu)解析特(te)異性侵(qin)染(ran)(ran)模(mo)式(shi)魚腥藻(zao)的淡(dan)水短尾噬藻(zao)體(ti)A4的完整三維結構，揭示其衣殼的雙層(ceng)加(jia)固機制以及(ji)衣殼內部(bu)關(guan)鍵(jian)侵(qin)染(ran)(ran)元件前(qian)注射(she)體(ti)的原位組(zu)裝(zhuang)模(mo)式(shi)，首次(ci)闡明病毒基因組(zu)在(zai)前(qian)注射(she)體(ti)上(shang)的包裝(zhuang)模(mo)式(shi)，相關(guan)研究成果(guo)以“Cryo-EM structure of cyanopodophage A4 reveals a pentameric pre-ejectosome in the double-stabilized capsid”為(wei)題(ti)于3月31日在(zai)線發表在(zai)《美國國家科學(xue)(xue)院(yuan)院(yuan)刊》上(shang)。
藍藻(zao)(zao)(zao)(zao)是淡水(shui)生態系統(tong)中重要的(de)(de)光(guang)合微生物(wu)，但(dan)(dan)其(qi)過(guo)度(du)增殖將導致水(shui)體(ti)富營養(yang)化，并引發藍藻(zao)(zao)(zao)(zao)水(shui)華。噬藻(zao)(zao)(zao)(zao)體(ti)作為藍藻(zao)(zao)(zao)(zao)的(de)(de)天然“捕食者(zhe)”，可裂解宿主并調控(kong)藍藻(zao)(zao)(zao)(zao)的(de)(de)種群平衡，在(zai)水(shui)環(huan)境保護過(guo)程中發揮著重要作用(yong)。魚腥(xing)藻(zao)(zao)(zao)(zao)PCC 7120是研究(jiu)淡水(shui)藍藻(zao)(zao)(zao)(zao)生理(li)與遺(yi)傳的(de)(de)模式生物(wu)，可被短尾噬藻(zao)(zao)(zao)(zao)體(ti)A4特異(yi)性侵染。短尾噬藻(zao)(zao)(zao)(zao)體(ti)由于尾長受限(xian)，侵染時需要由衣殼內的(de)(de)前注射(she)體(ti)（pre-ejectosome）在(zai)宿主細胞膜間重構跨膜通(tong)道，以(yi)輔助(zhu)病毒完成(cheng)基(ji)因組注射(she)。前注射(she)體(ti)通(tong)常由多個蛋(dan)白高度(du)壓縮形成(cheng)，但(dan)(dan)對(dui)其(qi)原位構象的(de)(de)研究(jiu)十分有限(xian)，極大地限(xian)制對(dui)噬藻(zao)(zao)(zao)(zao)體(ti)基(ji)因組包裝與侵染機制的(de)(de)深入理(li)解。
作者(zhe)利用質譜分析鑒定(ding)(ding)(ding)出(chu)噬(shi)藻體(ti)(ti)(ti)(ti)A4的(de)(de)(de)11種(zhong)結構(gou)蛋(dan)(dan)(dan)白(bai)，隨后通過(guo)冷凍電(dian)鏡技術解析A4的(de)(de)(de)完整三維(wei)結構(gou)，發現其衣(yi)(yi)殼由兩類不同折疊類型的(de)(de)(de)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)飾蛋(dan)(dan)(dan)白(bai)（cementprotein）共同加固。其中(zhong)(zhong)，主要裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)飾蛋(dan)(dan)(dan)白(bai)gp37以(yi)二(er)聚體(ti)(ti)(ti)(ti)形式(shi)穩定(ding)(ding)(ding)衣(yi)(yi)殼，而輔助裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)飾蛋(dan)(dan)(dan)白(bai)gp25則以(yi)三聚體(ti)(ti)(ti)(ti)形式(shi)進一步(bu)協(xie)同加固，形成(cheng)(cheng)雙(shuang)層穩定(ding)(ding)(ding)結構(gou)（圖1）。A4衣(yi)(yi)殼內(nei)部的(de)(de)(de)前(qian)注(zhu)(zhu)射(she)(she)(she)(she)體(ti)(ti)(ti)(ti)由四種(zhong)注(zhu)(zhu)射(she)(she)(she)(she)蛋(dan)(dan)(dan)白(bai)gp29~gp26通過(guo)類似“榫卯結構(gou)”的(de)(de)(de)方式(shi)組(zu)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)，由內(nei)到(dao)外形成(cheng)(cheng)三層同軸復合體(ti)(ti)(ti)(ti)，最終(zhong)構(gou)成(cheng)(cheng)五(wu)聚體(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)前(qian)注(zhu)(zhu)射(she)(she)(she)(she)體(ti)(ti)(ti)(ti)。結構(gou)分析首次(ci)清晰揭示病毒基(ji)因(yin)組(zu)在前(qian)注(zhu)(zhu)射(she)(she)(she)(she)體(ti)(ti)(ti)(ti)上的(de)(de)(de)包(bao)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)模(mo)式(shi)：前(qian)注(zhu)(zhu)射(she)(she)(she)(she)體(ti)(ti)(ti)(ti)外側環繞著七(qi)圈(quan)雙(shuang)鏈DNA（dsDNA），其中(zhong)(zhong)第一圈(quan)dsDNA緊密結合在前(qian)注(zhu)(zhu)射(she)(she)(she)(she)體(ti)(ti)(ti)(ti)最外層gp27-gp26的(de)(de)(de)堿性溝槽中(zhong)(zhong)，揭示病毒基(ji)因(yin)組(zu)包(bao)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)的(de)(de)(de)起始錨定(ding)(ding)(ding)位(wei)點(dian)。基(ji)于前(qian)注(zhu)(zhu)射(she)(she)(she)(she)體(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)原位(wei)結構(gou)并(bing)結合前(qian)期研究(jiu)(jiu)，作者(zhe)提出(chu)短尾(wei)噬(shi)藻體(ti)(ti)(ti)(ti)可能的(de)(de)(de)基(ji)因(yin)組(zu)包(bao)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)過(guo)程和注(zhu)(zhu)射(she)(she)(she)(she)機制(zhi)(zhi)。該研究(jiu)(jiu)首次(ci)闡明短尾(wei)噬(shi)藻體(ti)(ti)(ti)(ti)前(qian)注(zhu)(zhu)射(she)(she)(she)(she)體(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)精確組(zu)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)模(mo)式(shi)，以(yi)及其與基(ji)因(yin)組(zu)包(bao)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)的(de)(de)(de)協(xie)同效應(ying)，為理解短尾(wei)噬(shi)藻體(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)侵染機制(zhi)(zhi)提供結構(gou)基(ji)礎，有助于A4作為底(di)盤(pan)噬(shi)菌體(ti)(ti)(ti)(ti)在合成(cheng)(cheng)生物(wu)學中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)應(ying)用。
圖1 噬藻體(ti)A4的完整(zheng)結構（A-B）及其(qi)衣殼內的前(qian)注射體(ti)結構（C-D）
中(zhong)(zhong)國(guo)金宝搏入口188周(zhou)叢照教(jiao)授、李瓊副教(jiao)授和中(zhong)(zhong)國(guo)科(ke)(ke)學院水生(sheng)所張(zhang)奇亞教(jiao)授為(wei)該論(lun)文(wen)的(de)共(gong)同通訊作(zuo)者，中(zhong)(zhong)國(guo)金宝搏入口188博士(shi)研(yan)究(jiu)生(sheng)侯普和博士(shi)后周(zhou)睿倩(qian)為(wei)該論(lun)文(wen)的(de)共(gong)同第(di)一作(zuo)者。冷(leng)凍(dong)電(dian)鏡數(shu)據采集工(gong)作(zuo)在(zai)中(zhong)(zhong)國(guo)金宝搏入口188冷(leng)凍(dong)電(dian)鏡中(zhong)(zhong)心(xin)完(wan)成，質譜分析依托生(sheng)命科(ke)(ke)學實驗中(zhong)(zhong)心(xin)平臺。上(shang)述研(yan)究(jiu)得到國(guo)家自(zi)然科(ke)(ke)學基金(jin)、中(zhong)(zhong)央高校基礎(chu)科(ke)(ke)研(yan)業務費和安徽(hui)省科(ke)(ke)技廳的(de)資助。李瓊感謝(xie)安徽(hui)省青年(nian)科(ke)(ke)技人才托舉計劃的(de)支持。
全文鏈接：//www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2423403122
（生命(ming)科學與醫學部(bu)、科研部(bu)）
