病毒基因分型与系统发育学

病毒基因分型和系统发育学利用病毒序列数据将病毒分类为基因型或亚型，并重建它们的进化和传播关系。由于许多临床上重要的病毒变异迅速，基于序列的分析是理解其多样性、传播和适应性的核心工具。

Definition

病毒基因分型根据病毒序列将其归入已定义的遗传组（基因型、亚型或演化支），而病毒系统发育学则推断病毒序列之间的进化树，并利用它来研究其起源、多样化和传播。

Scope

本主题涵盖通过序列分析进行的病毒基因分型、用于关联病毒序列的系统发育方法，以及这些方法在分子流行病学和传播集群分析中的应用。它被视为实验室和分析参考主题，而非临床管理建议。

Core questions

• 该病毒序列代表哪种基因型或亚型？
• 采样的病毒序列之间有何关联？推断出的进化树对传播有何启示？
• 突变和选择如何随着时间推移塑造病毒多样性？
• 哪种测序深度和分析方法适用于该问题？

Key concepts

• 病毒基因型、亚型和演化支
• 序列比对
• 系统发育树推断
• 分子流行病学和传播集群
• 系统动力学
• Sanger测序与下一代（深度）测序
• 少数变异和准种

Mechanisms

基因分型始于对病毒基因组的全部或部分进行测序，并将其与参考序列进行比较以分配遗传组。然后，比对后的序列用于通过基于距离、最大似然或贝叶斯方法推断系统发育树，这些方法通过MEGA（Kumar et al., 2018）等软件实现。由于快速进化的病毒在短时间内会积累可测量的变化，因此可以将进化树与采样日期结合起来，研究流行病如何增长和传播——这就是系统动力学（phylodynamics）领域（Pybus & Rambaut, 2009）。传播集群工具将密切相关的序列分组，以识别大型数据集中可能相关的感染（Kosakovsky Pond et al., 2018）。测序深度很重要：超深度测序可以揭示Sanger测序遗漏的少数变异，尽管这两种方法对于优势群体而言大致一致（Trabaud et al., 2017）。

Clinical relevance

病毒基因分型和系统发育学描述了实验室如何对病毒进行分类和重建传播，为监测、疫情调查和人群水平的耐药性监测提供信息。本主题解释了此类证据是如何产生的，而不是个体诊断或治疗决策的基础。

Epidemiology

系统发育和系统动力学分析是病毒分子流行病学的核心方法，用于追踪流行病的地理起源和传播，并描绘人群内的传播集群（Pybus & Rambaut, 2009; Kosakovsky Pond et al., 2018）。

Evidence & guidelines

本主题中的分析实践基于已建立的系统发育推断方法和软件（Kumar et al., 2018）以及传播分析（Kosakovsky Pond et al., 2018）。比较研究为测序技术的选择提供了依据（Trabaud et al., 2017）。临床基因分型检测的报告标准由专业和监管机构制定，此处不予赘述。

History

随着测序成本的降低以及从分子数据推断进化树的统计模型被开发并打包成易于使用的软件（Kumar et al., 2018），病毒系统发育学逐渐成熟。可测量进化的病毒能够联合推断进化和流行病学动态的认识催生了系统动力学（Pybus & Rambaut, 2009），而高通量测序随后使得大规模传播集群分析成为可能（Kosakovsky Pond et al., 2018）。

Debates

基因分型应如何选择测序深度？

深度测序可以检测Sanger测序遗漏的具有临床和流行病学相关性的少数变异，但这会增加成本和生物信息学复杂性；比较研究表明，对于优势变异，两者具有广泛的一致性，因此最佳深度取决于具体情况。

Seminal works

• pybus-2009
• kumar-2018
• kosakovsky-pond-2018

Frequently asked questions

基因分型和系统发育学有什么区别？

基因分型将单个病毒归入预定义的遗传类别，而系统发育学则重建许多病毒序列之间的进化关系，这反过来可以为基因型分配和传播分析提供信息。

为什么系统发育方法对病毒特别重要？

许多病毒在疫情期间进化速度足够快，可以积累可测量的遗传变化，因此它们的序列携带着关于它们如何以及何时传播的信息，而进化较慢的生物体则较难揭示这些信息。