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【导语】中国科学技术大学生命科学与医学部周丛照教授课题组近日在《美国国家科学院院刊》上发表了重要研究成果。该团队利用冷冻电镜单颗粒技术，成功解析了特异性侵染模式鱼腥藻的淡水短尾噬藻体A4的完整三维结构。研究揭示了噬藻体A4衣壳的双层加固机制及前注射体的原位组装模式，首次阐明了病毒基因组在前注射体上的包装过程。这一发现为理解短尾噬藻体的侵染机制提供了结构基础，对蓝藻水华防控及合成生物学应用具有重要意义。

中国科学技术大学生命科学与医学部周丛照教授课题组利用冷冻电镜单颗粒技术解析特异性侵染模式鱼腥藻的淡水短尾噬藻体A4的完整三维结构，揭示其衣壳的双层加固机制以及衣壳内部关键侵染元件前注射体的原位组装模式，首次阐明病毒基因组在前注射体上的包装模式，相关研究成果以(yǐ)“Cryo-EM structure of cyanopodophage A4 reveals a pentameric pre-ejectosome in the double-stabilized capsid”为题于3月31日在线发表在《美国国家科学院院刊》上。

蓝藻是淡水生态系统中重要的光合微生物，但其过度增殖将导致水体富营养化，并(bìng)引(yǐn)发(fā)蓝(lán)藻(zǎo)水(shuǐ)华(huá)。噬(shì)藻(zǎo)体(tǐ)作(zuò)为(wèi)蓝(lán)藻(zǎo)的(de)天(tiān)然(rán)“捕(bǔ)食(shí)者(zhě)”，可(kě)裂(liè)解(jiě)宿(sù)主并(bìng)调(diào)控蓝藻的种群平衡，在水环境保护过程中发挥着重要作用。鱼腥藻PCC 7120是研究淡水蓝藻生理与遗传的模式生物，可被短尾噬藻体A4特异性侵染。短尾噬藻体由于尾长受限，侵染时需要由衣壳内的前注射体（pre-ejectosome）在宿主细胞膜间重构跨膜通道，以辅助病毒完成基因组注射。前注射体通常由多个蛋白高度压缩形成，但对其原位构象的研究十分有限，极大地限制对噬藻体基因组包装与侵染机制的深入理解。

作者利用质谱分析鉴定出噬藻体A4的11种结构蛋白(bái)，随(suí)后(hòu)通(tōng)过(guò)冷(lěng)冻(dòng)电(diàn)镜(jìng)技(jì)术(shù)解(jiě)析(xī)A4的(de)完(wán)整(zhěng)三(sān)维(wéi)结(jié)构(gòu)，发(fā)现(xiàn)其(qí)衣(yī)壳(ké)由(yóu)两(liǎng)类(lèi)不(bù)同(tóng)折(zhé)叠(dié)类(lèi)型(xíng)的(de)装(zhuāng)饰(shì)蛋(dàn)白(bái)（cementprotein）共(gòng)同(tóng)加(jiā)固(gù)。其(qí)中(zhōng)，主要(yào)装(zhuāng)饰(shì)蛋(dàn)白(bái)gp37以(yǐ)二(èr)聚(jù)体(tǐ)形(xíng)式(shì)稳(wěn)定(dìng)衣(yī)壳(ké)，而(ér)辅(fǔ)助(zhù)装(zhuāng)饰(shì)蛋(dàn)白(bái)gp25则以三聚体形式进一步协同加固，形成双层稳定结构（图1）。A4衣壳内部的前注射体由四种注(zhù)射(shè)蛋(dàn)白(bái)gp29~gp26通(tōng)过(guò)类(lèi)似(shì)“榫(sǔn)卯(mǎo)结(jié)构(gòu)”的(de)方(fāng)式(shì)组(zǔ)装(zhuāng)，由(yóu)内(nèi)到(dào)外(wài)形(xíng)成(chéng)三(sān)层(céng)同(tóng)轴(zhóu)复(fù)合(hé)体(tǐ)，最(zuì)终(zhōng)构(gòu)成(chéng)五(wǔ)聚(jù)体(tǐ)的(de)前(qián)注(zhù)射(shè)体(tǐ)。结(jié)构(gòu)分(fēn)析(xī)首(shǒu)次(cì)清(qīng)晰(xī)揭(jiē)示(shì)病(bìng)毒(dú)基(jī)因(yīn)组(zǔ)在(zài)前(qián)注(zhù)射(shè)体(tǐ)上(shàng)的(de)包(bāo)装(zhuāng)模(mó)式(shì)：前(qián)注(zhù)射(shè)体(tǐ)外(wài)侧(cè)环(huán)绕(rào)着(zhe)七(qī)圈(quān)双(shuāng)链(liàn)DNA（dsDNA），其(qí)中(zhōng)第(dì)一(yī)圈(quān)dsDNA紧(jǐn)密(mì)结(jié)合(hé)在(zài)前(qián)注(zhù)射(shè)体(tǐ)最(zuì)外(wài)层(céng)gp27-gp26的碱性沟槽中，揭示病毒基因组包装的起始锚定位点。基于前注射体的原位结构并结合前期研究，作者提出短尾噬藻体可能的基因组包装过程和注射机制。该研究首次阐明短尾噬藻体前注射体的精确组装模式，以及其与基因组包装的协同效应，为理解短尾噬藻体的侵染机制提供结构基础，有助于A4作为底盘噬菌体在合成生物学中的应用。

中国科大周丛照教授、李琼副教授和中国科学院水生所张奇亚教授为该论文的共同(tóng)通讯作者，中国科大博士研究生侯普和博士后周睿倩为该论文的共同第一作者。冷冻电镜数据采集工作在中国科大冷冻电镜中心完成，质谱分析依托生命科学实验中心平台。上述研究得到国家自然科学基金、中央高校基础科研业务费和安徽省科技厅的资助。李琼感谢安徽省青年科技人才托举计划的支持。