作者:文乐乐 来源:中国科学报 发布时间:2020/11/22 23:02:29
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藻类DNA中潜伏巨型病毒基因组

 

 

 绿藻基因组中有时含有整个巨型病毒的DNA。 图片来源: AMI IMAGES

2003年,科学家在病毒世界里发现了巨大的东西:一些大到用标准显微镜就能看到的病毒。当时,这些巨大的寄生者被认为是罕见的,但后来研究证明,它们比预想的更常见。据《科学》报道,现在,研究人员已经在几种常见藻类的基因组中发现了完整的巨型病毒基因组。这一发现表明,这种奇怪的病毒群比科学家想象的更多产,也更具有潜在的影响力。

“这些病毒为宿主贡献的DNA数量和基因多样性令人震惊。”未参与这项工作的美国康奈尔大学基因组生物学家Cedric Feschotte说,“大量遗传物质的注入”可能会影响宿主的新陈代谢和生存。

典型的病毒没有足够的基因以独立生存,它们必须依赖其宿主——无论细菌、人类细胞还是其他有机体。病毒通过让宿主复制它们的遗传物质和制造自我复制所需的蛋白质进行繁殖。因此,今年早些时候,当发现巨型病毒含有似乎不需要的基因,即对细胞代谢很重要但对病毒代谢不重要的DNA片段时,研究人员感到很惊讶。

弗吉尼亚理工学院微生物学家Frank Aylward及其博士后Mohammad Moniruzzaman对这一谜团进行了研究,将在巨病毒DNA中发现的基因与之前在其他基因组中发现的基因进行了匹配。“病毒匹配不断出现在藻类基因组中。” Aylward说。

因此,这对搭档和同事系统研究了代表绿藻类植物所有测序DNA的基因组。研究小组日前在《自然》上报道称,这些物种的DNA中存在一种完整的巨型病毒。

总的来说,这些病毒在藻类中添加了78到1782个基因。两种藻类的DNA中甚至含有两种巨型病毒的全部基因组,其中一种占藻类总基因数的10%。

目前尚不清楚为什么这些病毒会将DNA“埋伏”到宿主的基因组中,而不是在细胞内复制。这可能是病毒确保其遗传物质代代相传的一种方式。艾滋病病毒和其他病毒也是将基因整合到人类DNA中,这是它们很难被免疫系统或药物消灭的原因之一。

研究人员发现,其中一些巨型病毒可能已经存在了数百万年。事实上,一些病毒DNA在基因中获得了被称为内含子的非编码DNA。它们的一些基因现在被复制或丢失了,这种变化不太可能发生在仅漂浮于藻类细胞中的病毒身上。

“他们提出了一个确凿的案例,即鉴定的病毒序列很可能是宿主基因组的一部分。” 德国马克斯·普朗克医学研究所环境病毒学家Matthias Fischer表示。

“我对这种巨型病毒(合并)能够发生并广泛传播感到惊讶。”植物和微生物学研究所微生物学家Chuan Ku补充说。Ku已经搞清了一种感染名为Emiliania huxleyi的微小藻类的巨型病毒的生命周期。“研究这种(结合)是否会对(宿主)基因组进化产生持久的影响是很有趣的。”

藻类中的病毒DNA甚至可包括从其他藻类中截取的基因。因此,加拿大达尔豪斯大学进化生物学家Andrew Roger说,这些巨型病毒可能是在物种间传递基因的一种方式。所有这些新的DNA可以使宿主基因组发挥新功能,提高藻类生存能力,并可能塑造了藻类的多样性和分布。

“这些相互作用从生命开始就一直在进行。” Fischer补充道,“它们继续在细胞进化中扮演重要角色。”

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41586-020-2924-2

 
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