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我所在eLife杂志发表文章——节肢动物中RNA病毒的高度多样性揭示了负链RNA病毒的起源与进化

2015-02-10 12:56打印
  在国家自然基金与国家重大专项等支持下,中国疾病预防控制中心(CDC)传染病预防控制所张永振研究员带领的人兽共患病研究团队(包括传染病所人兽共患病室、武汉市CDC、温州市CDC、澳大利亚悉尼大学)在70种节肢动物中发现了112种从未被报道过的全新病毒,并命名了一个全新病毒科(楚病毒科)。这一研究成果以 “节肢动物中RNA病毒的高度多样性揭示了负链RNA病毒的起源与进化— Unprecedented genomic diversity of RNA viruses in arthropods reveals the ancestry of negative-sense RNA viruses” 为题发表于2015年1月29日出版的eLife杂志上,eLife杂志是生命科学领域里的顶级期刊。该研究在中国CDC传染病预防控制所完成,第一作者为中国CDC传染病所博士研究生李辞修、传染病所/悉尼大学联合培养博士研究生施莽、武汉市CDC田俊华、温州市CDC林献丹、以及传染病所博士研究生康雁君。
  
  本研究在我国的湖北、浙江、新疆等地采集了4个纲(昆虫纲、蛛形纲、唇足纲、软甲亚纲)的70种节肢动物,采用了最先进的宏转录组方法,发现了112种全新负链RNA病毒,这些RNA病毒基因组编码的氨基酸序列与已知病毒间的差异最高达到84%。按照国际病毒分类委员会的分类标准,其中相当多的新发现病毒与已知病毒差异很大,至少可以分在16个潜在的新病毒科/属。该研究在发表的论文中还直接命名了一个全新病毒科—楚病毒科(Chuviridae)。其他新发现的病毒大大丰富了单股负链RNA病毒目,沙粒病毒科、布尼亚病毒科、正粘病毒科,以及3个未定属(纤细病毒属,Emaravirus病毒属、巨脉病毒属)等的遗传多样性。
  
  负链RNA病毒是对人类危害最大的病毒,能引起人流感、出血热、脑炎、狂犬病等。基因组结构具有非常高的多样性,其基因组可以为完整单链病毒(如狂犬病毒与埃博拉病毒),也可以为分节段单链病毒(如布尼亚病毒与流感病毒);分节段病毒的基因组从2个基因节段到8个基因节段不等。但不同科病毒的基因组结构具有一致性。而本次研究发现的楚病毒科的病毒进化上处于单链病毒与分节段病毒之间,其基因组结构不但包括完整单链病毒,也有分节段病毒。更独特的是,楚病毒的基因组还存在着环状结构,这种基因组结构不仅存在于单链病毒,也存在于分节段病毒。楚病毒也是至今世界上发现的第一个具有环状基因结构的完整RNA病毒,这一发现不但对研究病毒基因组的起源进化提供了新的启发,而且其复制机制及其对基因组分节段的影响也值得进一步深入研究。另外,在开放阅读框(ORF)的数量与排列方式上,新发现的楚病毒科病毒与进化关系最近的单股负链RNA病毒目的病毒也有着显著差异,尤其是楚病毒有独特和可变的基因顺序;其基因组的构成也比单股负链RNA病毒目病毒要简洁得多,而且其ORFs编码2-3个主要的蛋白,这一特点恰与分节段病毒比较相似。
  
  该研究还发现,在负链RNA病毒的进化过程中,基因组分节段的数量没有明显增加或减少的趋势,但是其变化的频率却很高,其中包括多次从单节段到2节段的改变,也包括从3节段到2节段、以及从3节段到更多节段的改变。另外,虽然该研究对系统进化的分析主要集中在相对保守的RNA依赖的RNA聚合酶(RdRp),对于分节段病毒,该研究寻也找到了编码相对应结构蛋白(主要是糖蛋白和核蛋白)的其他节段序列。更奇怪的是,在蜱携带的一组白蛉病毒属病毒中,RdRp和核蛋白与乌库尼米有较高的序列同源性,但编码的糖蛋白基因节段却发生了缺失。同样这种糖蛋白基因序列缺失还出现在楚病毒科和其他单节段的负链RNA病毒中。造成这种“不完整”病毒基因组的原因及其生物学意义值得进一步的研究。
  
  本研究发现的新病毒在进化树上处于祖先枝的位置,而且在各病毒科属中,新发现的利用节肢动物作为宿主或媒介的病毒包含了与脊椎动物和植物相关的大部分负链RNA病毒。这些结果充分说明节肢动物携带的病毒是包括流感病毒、沙粒病毒、汉坦病毒、埃博拉病毒、狂犬病毒等在内所有已知脊椎动物和植物里发现的负链RNA病毒的最终起源。该研究还发现基因组结构不同的病毒(分节段和不分节段)可以联系起来,体现了基因组结构在进化过程中的连续性、多样性、以及灵活性。事实上,与脊椎动物相关的分节段与不分节段病毒(沙粒冰毒、波尔纳病毒、丝状病毒、汉坦病毒、流感病毒、狂犬病毒、副粘病毒)在系统进化树中位于新发现节肢动物相关病毒的里面。同样,被节肢动物相关病毒包含的还有植物相关病毒(如番茄斑萎病毒、纤细病毒、植物弹状病毒、巨脉病毒等)。尽管一个节肢动物物种可以携带多种RNA病毒,但许多病毒似乎与生活在同一个生态位的不同种节肢动物相关联;反过来,同一个生态位的宿主与亲缘关系较远的物种也可以携带类似的病毒。这意味着在生态和地理接近的地方,病毒频繁的跨种间传播和偶尔跨属间传播事件是存在的。
  
  新发现的112种病毒对人与动物的影响还有待于进一步研究。自然界中还有存在着很多尚未被人类认识的未知病原体,发现并明确未知病原体的结构特征、与已知病原体间的进化关系,不但有助于揭示生命的起源与进化,更有助于提高我们对新发突发传染病的防控能力。
论文全文


图1. 负链RNA病毒的基因组结构及其进化关系
 
 图2. 负链RNA病毒在植物、节肢动物、脊椎动物中的传播关系





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