2024年4月12日，加州大学洛杉矶分校周正洪团队在Cell上发表题为RNA genome packaging and capsid assembly of bluetongue virus visualized in host cells的论文，利用cryo-EM和cryo-ET等多种方法探究dsRNA病毒BTV在宿主细胞内复制组装的的机理。
该研究团队多年来一直以蓝舌病毒（bluetongue virus，BTV）为模式系统来研究dsRNA病毒的生命周期。蓝舌病毒是无囊膜双链RNA病毒的一个典型代表，其能够感染牛、羊、鹿等动物而引起严重的传染性疾病蓝舌病，致死率超过90%。BTV病毒颗粒由三层衣壳蛋白包裹着10段双链RNA基因组构成。内层蛋白为VP3，中间层为VP7，外层为膜穿孔蛋白VP5和受体结合蛋白VP2。10段基因组首先以ssRNA的形式包装进衣壳内然后复制成为dsRNA，这个过程极为复杂，一直都是领域内悬而未解的难题之一。BTV病毒组装的研究难点在于病毒具有多层复杂结构，组装过程高度动态，其中间状态难以捕捉。
继2021年在Nature Microbiology发文阐明BTV病毒在低pH条件入侵宿主细胞的机理后，研究团队紧接着利用聚焦离子束减薄（cryo-FIB）和冷冻电子断层成像（cryo-ET）相结合的技术来探究病毒在宿主细胞内复制组装过程的原位信息（图1）。在这个流程中，首先在冷冻电镜载网上培养宿主细胞然后用BTV病毒感染。感染的宿主细胞通过cryo-FIB切割减薄为厚度大约200 nm的细胞薄层然后收集cryo-ET原位数据以分析宿主细胞内病毒的各种状态。进一步通过亚断层平均分析捕获了多种病毒组装的中间状态，包括单层的pre-subcore,双层的core，三层的pre-virion和virion等。其中pre-subcore是此研究中首次发现的一个状态，它属于病毒组装的早期中间体，对于理解病毒基因组包装至关重要。
在此基础上，通过结合单颗粒分析、体外重组和突变体的生化细胞功能验证，研究者们一共解析了11个病毒基因组包装和衣壳组装的中间体。之前的研究表明病毒蛋白VP6对于BTV基因组RNA的组装至关重要，在VP6突变株中，病毒组装的衣壳都是空心的，不含RNA。在以上解析的11个中间体中，pre-subcore是一个5次轴处有内陷的VP3组成的单层颗粒，内部含有部分RNA密度。之前未知的VP6蛋白以五聚体的形式结合在VP3下方，具有RNA结合功能，可以将基因组ssRNA从衣壳外部通过5次轴通道运送到衣壳内部。而体外生化实验表明ssRNA又能反过来促进衣壳蛋白的组装。这些研究揭示了BTV组装过程同时具有ssRNA病毒衣壳蛋白和基因组共组装的特性和dsDNA病毒衣壳蛋白预组装的特性，统一了先前相互矛盾的模型。在10段ssRNA基因组相互作用同时被包裹进衣壳后，由RNA聚合酶VP1复制成为dsRNA，此过程中内陷的VP3向外扩张成为球形，紧接着中间层和外层蛋白依次组装形成一个完整的病毒颗粒并释放到细胞外。
综上，该研究结合多项技术同时探究dsRNA病毒在宿主细胞内复制组装的机理，提出了BTV病毒组装的“二重性”模型，为其他类型病毒的研究提供了参照，也为相应抗病毒疫苗和药物的开发提供可宝贵的科学依据。
