十字形病毒:交叉病毒引起特殊的杂交变异

Crucivirus

甲克鲁病毒是含有RNA和DNA基因组材料的混合形式。这里,含有替代蛋白质序列的单链DNA病毒(黄色),其引导病毒复制,借用RNA病毒(蓝色)的遗传信息,具体地是RNA病毒的衣壳囊蛋白的编码序列。结果是具有DNA和RNA组分的嵌合病毒 - 甲克鲁芯病毒(在右侧看到)。信用:通过Sween Dooling为BioodeSign Institute进行图形

数百万年,病毒已经参加了一个远销,进出口业务,与病毒和非血管代理商交换自己的碎片并获得新功能。这些微小的实体缺乏缺乏复杂性,它们弥补了他们的令人惊讶的能力来交换模块化基因组成分,不断重新发明自己。

在期刊上出现的新研究mBio,Arvind Varsani和他的同事们调查了最近发现的类病毒,这些病毒已经将病毒世界的特征多功能达到新的高度。

这些微小的病毒被称为十字花科病毒,它们显示了两种病毒成分的融合核糖核酸脱氧核糖核酸病毒,证明这些以前明显的基因组结构域可以在适当的条件下,搅拌,产生杂交或嵌合病毒变体。

Varsani是亚利桑那州立大学生物设计中心基础和应用微生物学的病毒学家,他对这些新病毒非常感兴趣,这些病毒正开始在广泛的环境中以更丰富和更多样的形式出现。

亚利桑那州立大学生命科学学院副教授Varsani说:“很高兴看到在同一时期首次识别出十字形病毒的研究小组开始合作共享和挖掘元基因组数据,目的是识别更大的十字形病毒多样性。”

镇上的新病毒

Varsani的同事和联合作者Kenneth M. Stedman和他的小组在波特兰州立大学鉴定了甲克罗斯病毒序列。该团队在加州北部的Lassen火山国家公园的一个极端环境 - 沸腾的弹簧湖(BSL)中蓬勃发展的病毒。在同一时间,Varsani和MyaBreitbart的研究组在佛罗里达州的蜻蜓样本中鉴定了一名狡猾的病毒。

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阿尔温德·瓦尔萨尼(Arvind Varsani)是亚利桑那州立大学生命科学学院基础和应用微生物学生物设计中心的病毒学家。图片来源:亚利桑那州立大学生物设计研究所

自2012年的发现以来,从纽约和佛罗里达州北部的湖泊到南极和深海沉积物,从世界各地的各种环境中发现了鲫鱼。在目前的研究之前,已经确定了大约80个不同的甲般霉菌病,这将数量扩展到461。

使用称为病毒偏心组合的技术鉴定第一甲霉菌,其中直接从环境中获得的病毒遗传物质被测序而不是从宿主物种或天然储层培养或培养。

这些早期调查的结果揭示了特殊的遗传序列,从之前发现的任何东西都不同。这些序列清楚地显示了DNA病毒的签名,但也包含了似乎衍生自RNA病毒的基因。

利用一种猎枪的方法,在潜在的巨大序列空间中进行拖网,病毒宏基因组学使研究人员能够识别环境样本中出现的所有基因组模式,然后分离出不同的病毒序列,就像渔民从他的网中检索各种海洋生物一样。

该技术彻底改变了病毒学的学科。除了鉴定先前未知病毒的星系外,梅霉菌还提供了关于遗传多样性的令人兴奋的线索,并且有助于解锁一些病毒演化的秘密,无需初始隔离病毒物种或培养实验室中的病毒。

形式和功能

鲫鱼属于一类更广泛的病毒,称为Cress,(用于最近一直存在的单链的循环rep-inded)DNA病毒它被归为一门。这类病毒的典型特征是它们的复制模式,这种复制模式依赖于一种称为Rep蛋白的特定成分。Rep蛋白是指导这些病毒复制方法的重要组成部分,被称为滚环DNA复制。Rep蛋白和滚环复制的存在确定了一种病毒属于cressdnavavirus,并帮助研究人员解开了病毒世界中发现的极其复杂的关系和谱系。

除了在Cressdnaviruses中发现的REM,甲克鲁病毒还含有另一个中央重要的特征 - 一种类似于先前在RNA病毒中发现的衣壳蛋白。衣壳是至关重要的,形成外壳或包络,其包围病毒的身份 - 其遗传序列。衣壳侵蚀通过宿主细胞酶从消化中沉浸在消化内的重要核酸,使病毒颗粒能够将自己附着到宿主细胞并允许病毒避免宿主细胞防御。最后,衣壳含有专门的特征,使病毒能够穿刺宿主细胞膜并注射病毒核进入细胞的细胞质。

分析表明,甲克鲁病毒的衣壳蛋白与来自家庭墓草毒素的另一病毒的衣壳蛋白密切相关 - 已知感染植物的单链RNA病毒。这种含有DNA和RNA病毒衍生的编码组分的杂化病毒性质是使鲫鱼如此独特的。

不确定的起源

但是,磨坊的Cressdnavirus是如何获得其RNA病毒衣壳蛋白编码序列的?这仍然是一个相当大辩论的问题,但可能发生了某种形式的横向基因转移。

病毒可以从其直接祖细胞中获取基因,遗传性状从人类父母传递给他们的后代。然而,病毒远远超过遗传上混杂,从他们感染的细胞中收集新的基因,从其他不相关的病毒和甚至来自细菌共生。(这种现象在细菌中也是常见的,这可以使用水平基因转移来获得抗生素抗性。)

通过一些这样的机制,一个Cressdnavirus获取了一种RNA病毒衣壳样基因,产生第一十字花病。似乎各种甲克鲁病病毒在他们自己之间积极交换功能元素,进一步争抢它们的进化历史。

虽然十字形病毒DNA-RNA重组的原理仍然是个谜,但其原因可能更简单。显然,从这些远缘的病毒来源中借用遗传特征的能力,可以为单链DNA病毒提供相当大的适应优势。

珍藏版

在目前的研究中,研究人员探讨了一个巨大的数据集,包括461个甲基霉菌和10种衣壳编码的圆形遗传因素,这些冠状动脉遗传因素鉴定在不同的环境和生物中,使得这是菊苣叶病毒序列的最广泛调查。

这些样本发现于从温带湖泊到永久冻土的各种环境中,并潜伏在红藻和无脊椎动物等生物体内。该研究指出,stramenopiles/泡状菌/Rhizaria或SAR超群(真核生物的多样化组合,包括许多光合生物体)是这些不常见病毒的可信候选宿主,尽管这还有待证实。

检查序列的暴利之后,研究者们组装cruciviral蛋白质的相似性网络与相关病毒试图更好地理解扭曲的进化路径可能引起对他们来说,找到一个富有的异花授粉的病毒特征之间的许多大家庭的病毒包括Geminiviridae,环状病毒科,纳米病毒科,阿尔法病毒科,基因组病毒科,硅藻病毒科,Smacoviridae和Redondoviridae

有趣的问题仍然存在

调查结果可以为从RNA作为初级遗传性的生命分子的早期过渡提供新的见解,以采用更复杂的DNA基因组在细胞世界中占据主导地位。鲫鱼的存在和行为表明病毒可能在这种重要的过渡中发挥了至关重要的作用,作为RNA和DNA世界之间的一种基因组桥,在最早的生命中,虽然需要更多的工作探索这些可能性。

重组以无尽的形式,病毒已成为地球最无处不在的生物实体,影响每个生物体,占据每个生态利基。病毒越来越多地揭示自己作为疾病的药物,而是作为物种演化和生态系统的模塑中的重要演员的司机。

十字形病毒从病毒序列空间最遥远的区域借用基因组元素的能力不断扩大,这表明,通过遥远相关形式之间的大量重组事件,可能会产生全新的病毒群。

参考文献:Ignacio de la Higuera,乔治W.Kasun,Ellis L. Torrance,Alyssa A. Pratt,Amberlee Maluenda,Jonathan Colombet,Maxime Bisseux,Viviane Ravet,Anisha Dayaram,雏菊大田,雏菊·罗马Simona Kraberger,Peyman Zawar-Reza,Sharyn Goldstien,James V.Briskie,Robyn White,Helen Taylor,Christopher Gomez,David G. Ainley,Jon S. Harding,Rafaela S. Fontenele,Joshua Schreck,Simone G. Ribeiro,Simone G. Ribeiro,Stephone G. Ribeiro,斯蒂芬A.。Oswald,Jennifer M. Arnold,FrançoisEnault,Arvind Varsani和Kenneth M. Stedman,9月1日,9月1日,mBio
DOI:10.1128 / mbio.01410-20

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