凌恩客户文章|Nature子刊-水体RNA宏病毒组

文章标题

Doubling of the known set of RNA viruses by metagenomic analysis of an aquatic virome

期刊

nature microbiology

影响因子

17.745

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背景介绍

水体环境中的RNA病毒缺乏研究，上海洋山深水港水域环境复杂，是研究RNA病毒的的良好取样地。RNA依赖的RNA聚合酶（RdRP）是RNA病毒复制的关键酶，且具有保守性。

实验设计

从长江入海口附近洋山深水港水域采集10升水，富集得到病毒样颗粒，提取病毒核酸，分别构建DNA和RNA病毒测序文库，进行illumina测序。使用PSI-BLAST确定DNA病毒的核苷酸序列；RNA病毒原始优质序列组装生成contigs，使用PSI-BLAST进行RdRP的鉴定，对新发现RNA病毒进行鉴定和分类研究，并聚类分析构建系统进化树，研究该水域病毒组构成。

实验亮点

DNA病毒和RNA病毒分来测序，使用两种方法设计RNA文库（随机六聚体启动和模板链的逆转录），使用illumina Hiseq测序得到高质量测序数据。

图1 RNA和DNA病毒的纯化和测序示意图 表 测序数据

主要结果

1. 洋山港病毒群RNA病毒的多样性

从10L洋山水体中获得的RNA病毒，使之前已知的病毒集增加了一倍。已知的正RNA病毒分为5个门(Lenarviricota、Pisuviricota、Kitrinoviricota、Duplornaviricota、Negarnaviricota)，洋山水体中发现的新的RNA病毒属于Lenarviricota、Pisuviricota、Kitrinoviricota。系统发育分析将洋山RNA病毒组中85%的RdRP归属于9个进化支和一个复杂组合，每个进化支包含来自几个集群的超过100个RPRD，最大的RdRP群(854个成员)属于Pisuviricota门的水生小核糖核酸样分支，该分支主要是感染原生生物的病毒，洋山水体病毒的发现大大扩大这个家庭的多样性；出乎意料的发现是，Kitrinoviricota洋山病毒组RdRPs有1700多个，因为到目前为止，Kitrinoviricota主要由陆地植物和动物的病毒组成。与已知的野田佳病毒科（Nodaviridae）成员不同，在洋山病毒组中发现的大多数野田佳病毒都具有单组分基因组，这似乎与祖先状态相兼容。在已发现的最大的RdRP群中，4个(Yan-like, Zhao-like, Brandma-like和Protopoty)在Pisuviricota和Kitrinoviricota中形成了不同的分支，每一种病毒都同化了少数几种进化起源不确定的病毒。

图2 RNA病毒RdRPs的系统进化树示意图 图3 洋山病毒聚集图

2. 洋山病毒体中病毒蛋白结构域不同

在洋山深水港水域中发现了一些新的结构域，包括小泛素样修饰物(SUMO)、prw-like蛋白酶和磷脂酶A2、Zn2+结合和甲基转移酶结构域，以及功能未知的保守结构域。这些新的结构域的发现揭示了不同病毒宿主相互作用的多个结构域的动态获取。

图4 洋山病毒体中海洋RNA病毒主要支域组织的多样性

3. RNA病毒的替代遗传密码

在98.7%的contigs中，用标准遗传密码获得的RdRP核心翻译不包含终止密码子。然而，其余的RdRP编码区域包含多达26个终止密码子，表明存在替代遗传密码。这些contig使用所有26个已知的遗传编码变体进行翻译，并为每个contig选择产生最长蛋白质的代码。在洋山组合的Yan-like和Zhao-like进化枝中都发现了使用替代编码，具有替代代码的病毒可能感染原生生物，特别是纤毛虫。

总结

本研究分析了来自洋山深水港的大约10L水中的RNA病毒组，并鉴定了4500多种不同的RNA病毒，使之前已知的病毒集增加了一倍。系统发育分析确定了几个主要的谱系，大致位于纲、目和科的分类等级。由719名成员组成的强洋山病毒组合是广阔的Alsuviricetes类的姐妹进化枝，由具有简单基因组的病毒组成，通常仅编码依赖于RNA的RNA聚合酶 (RdRP)、加帽酶和衣壳蛋白。洋山组合中的几个进化枝在RdRP中独立进化了域排列。研究发现了新的RdRP连接的蛋白质结构域：小泛素样修饰符 (SUMO) 域、磷脂酶A2和PrsW家族蛋白酶域。多种病毒利用替代遗传密码表明其宿主为原生生物（尤其是纤毛虫）宿主。

文章链接：

DOI: 10.1038/s41564-020-0755-4

《nature microbiology》