由於新病例的迅速增加，2019年冠狀病毒病（COVID-19）很快引起了全球關注。截至2020年4月8日，全球確診病例累計超過140萬例，死亡8萬餘例。這些數字每天都會更新，而且預計還會進一步增加。 SARS-CoV-2是導致COVID-19大流行的乙型冠狀病毒。儘管最近報道了SARS-CoV-2基因組，但其轉錄組結構尚不清楚。
2020年4月8日，韓國基礎科學研究所Dongwan Kim等人在Cell 在線發表題為“The architecture of SARS-CoV-2 transcriptome”的研究論文，該研究利用兩種互補的測序技術，展示了SARS-CoV-2轉錄組和表觀轉錄組的高分辨率圖。
DNA納米孔測序表明，由於許多不連續的轉錄事件，轉錄組非常複雜。除了典型的基因組RNA和9個亞基因組RNA，SARS-CoV-2還可產生編碼未知ORF且具有融合，缺失和/或移碼的轉錄本。使用納米孔直接RNA測序，該研究進一步在病毒轉錄本上找到了至少41個RNA修飾位點，具有最頻繁的基序AAGAA。修飾的RNA比未修飾的RNA具有較短的poly（A）尾巴，表明修飾和3'尾巴之間存在聯繫。在這項研究中發現的未知轉錄本和RNA修飾的功能研究將為我們對SARS-CoV-2的生命週期和致病性的理解開闢新的方向。
由於新病例的迅速增加，2019年冠狀病毒病（COVID-19）很快引起了全球關注。新型冠狀病毒感染被認為是從動物傳播的，病原體被鑑定為SARS-CoV-2。到2020年1月，懷疑最初受感染的患者是通過人與人之間的傳播感染了該病毒。自2020年1月以來，該病毒已迅速傳播到中國大部分地區和其他國家。截至2020年4月8日，全球確診病例累計超過140萬例，死亡8萬餘例。這些數字每天都會更新，而且預計還會進一步增加。
冠狀病毒攜帶所有RNA病毒家族中最大的基因組（26–32 kb）。每個病毒轉錄物均具有5'-cap結構和3'poly（A）尾巴。細胞進入後，基因組RNA被翻譯以從兩個開放閱讀框（ORF），產生非結構蛋白（nsps）ORF1a和ORF1b。ORF1a產生多肽1a（pp1a，440-500 kDa），被裂解為11 nsps。-1核糖體移碼發生在ORF1a終止密碼子的緊鄰上游，這允許ORF1b繼續翻譯，從而產生大多肽（pp1ab，740–810 kDa），被切割成16 nsps。蛋白水解切割由分別具有木瓜蛋白酶樣蛋白酶結構域和3C樣蛋白酶結構域的病毒蛋白酶nsp3和nsp5介導。
SARS-CoV-2基因組組織，規範的亞基因組mRNA和病毒體結構的示意圖（圖源Cell ）
病毒基因組還被用作複製和轉錄的模板，由具有RNA依賴性RNA聚合酶（RdRP）活性的nsp12介導。 產生負義RNA中間體，以用作合成正義基因組RNA（gRNA）和亞基因組RNA（sgRNA）的模板。gRNA由結構蛋白包裝以組裝後代病毒體。較短的sgRNA編碼保守的結構蛋白【刺突蛋白（S），包膜蛋白（E），膜蛋白（M）和核衣殼蛋白（N）】和一些輔助蛋白。根據當前註釋，已知SARS-CoV-2具有六個輔助蛋白（3a，6、7a，7b，8和10）。但是ORF尚未通過實驗驗證其表達。
因此，目前尚不清楚該緊湊基因組實際上表達了哪些輔助基因。每個冠狀病毒RNA都包含約70 nt的5'“前導”序列，該序列與基因組下游部分的“主題”序列融合。根據相關的模型，前導序列-主體融合發生在負鏈合成過程中的短基元，稱為轉錄調控序列（TRS），緊鄰ORF。TRS包含一個保守的6-7 nt核心序列（CS），周圍是可變序列。在負鏈合成過程中，RdRP在穿過體內TRS時會暫停（TRS-B），然後將模板切換到前導體中的TRS（TRS-L），這會導致轉錄不連續，從而導致前導-主體融合。從融合的負鏈中間體中轉錄出正鏈mRNA。已經在其他冠狀病毒中研究了複製和轉錄機制。但是，尚不清楚一般機制是否也適用於SARS-CoV-2，以及SARS-CoV-2轉錄組中是否存在未知成分。為了開發診斷和治療工具以及對這種新病毒的理解，定義SARS-CoV-2基因組的組織至關重要。
深度測序技術提供了研究病毒轉錄組的強大手段。諸如Illumina和MGI平臺之類的“合成排序（SBS）”方法具有很高的準確性和覆蓋範圍。 但是它們受到短讀長度（200-400 nt）的限制，因此應通過計算重新組裝片段化的序列，在此期間會丟失單倍型信息。最近引入的是基於納米孔的直接RNA測序（DRS）方法。儘管納米孔DRS的測序準確性受到限制，但它可以進行長讀測序，這對於分析長的CoV轉錄本特別有用。此外，由於DRS可以檢測RNA而不是cDNA，因此可以在測序過程中直接獲得RNA修飾信息。已發現許多RNA修飾可控制真核RNA和病毒RNA。末端RNA修飾（例如RNA拖尾）在細胞和病毒RNA調節中也起著至關重要的作用。
在這項研究中，研究人員結合了兩種互補的測序方法，即DRS和SBS。該研究明確地繪製了SARS-CoV-2的sgRNA，ORF和TRS。此外，研究人員發現了許多與常規TRS介導的聚合酶跳躍不同的非常規RNA連接事件。該研究進一步發現了RNA修飾位點，並測量了gRNA和sgRNA的poly（A）尾巴長度。
測序數據統計（圖源Cell ）
具體來說，該研究利用兩種互補的測序技術，展示了SARS-CoV-2轉錄組和表觀轉錄組的高分辨率圖。 DNA納米孔測序表明，由於許多不連續的轉錄事件，轉錄組非常複雜。除了典型的基因組RNA和9個亞基因組RNA，SARS-CoV-2還可產生編碼未知ORF且具有融合，缺失和/或移碼的轉錄本。
使用納米孔直接RNA測序，該研究進一步在病毒轉錄本上找到了至少41個RNA修飾位點，具有最頻繁的基序AAGAA。修飾的RNA比未修飾的RNA具有較短的poly（A）尾巴，表明修飾和3'尾巴之間存在聯繫。在這項研究中發現的未知轉錄本和RNA修飾的功能研究將為我們對SARS-CoV-2的生命週期和致病性的理解開闢新的方向。
參考消息：
DOI: 10.1016/j.cell.2020.04.011
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