弗吉尼亚理工大学 从左至右:弗兰克·艾尔沃德、穆罕默德·莫尼耶·莫尼鲁扎曼、阿拉娜·温海默、卡罗来纳·阿莱杭德娜·马丁内斯·古铁雷斯
图片由亚历克斯·克鲁克山提供
信用:弗吉尼亚理工大学 病毒是微小的入侵者，能引起广泛的疾病，从狂犬病到番茄斑萎病毒，以及最近的人类新冠肺炎病毒
但是病毒不仅仅会引发疾病——而且不是所有的病毒都是微小的
大型病毒，尤其是核质型大型DNA病毒家族中的病毒，可以将它们的基因组整合到宿主的基因组中，从而显著改变宿主的基因组成
这一家族的脱氧核糖核酸病毒，也称为“巨型”病毒，在科学界已经为人所知很长时间了，但它们对真核生物的影响程度一直笼罩在神秘之中——直到现在
“病毒在地球生命的进化中起着核心作用
它们塑造细胞生命进化的一种方式是通过一种叫做内生化的过程，在这个过程中，它们将新的基因组材料引入宿主体内
“当一种巨大的病毒内生到宿主藻类的基因组中时，它就为进化创造了大量的原材料，”弗兰克·艾尔沃德说，他是弗吉尼亚理工大学生物科学系的助理教授，也是弗林生命科学研究所全球变化中心的附属机构
艾尔沃德实验室的博士后研究员穆罕默德·莫尼耶·莫尼鲁扎曼研究内源性病毒成分，即插入受感染宿主基因组的原始病毒DNA的片段或完整序列
艾尔沃德和莫尼鲁扎曼最近一起发现，源于巨型病毒的内源性病毒成分在绿藻中比以前认为的要普遍得多
他们的发现最近发表在《自然》杂志上
绿藻是一组绿藻，是一组重要的光合生物，位于许多生态系统的食物链底部，在地球上产生大量的食物和氧气
绿藻在我们的湖泊和池塘中茁壮成长——它们与巨型病毒的动态以及它们独特的进化史，是艾尔沃德和莫尼鲁扎曼研究的核心
绿藻是陆生植物的近亲，研究它们与巨型病毒的相互作用可能会对病毒在植物早期进化中的作用有所启发
“我们现在知道内源性病毒成分在叶绿素细胞中很常见，这让你认为植物也可能与这些巨型病毒相互作用
有一些数据表明，一些早期的植物，如苔藓和蕨类植物，确实在进化时间线上经历了这些内生化事件
但我们不能确切确定这种现象在其他早期植物中的程度，”这篇已发表论文的第一作者莫尼鲁扎曼说
为了进一步了解藻类中内源性病毒成分的流行情况，莫尼鲁扎曼和艾尔沃德对不同藻类群体的测序基因组进行了生物信息学分析
他们发现，在65个被分析的基因组中，有24个基因组中有某种病毒特征，这种特征源于不同病毒的反复内生化
在一种藻类生物——社会性四叶藻中，研究人员发现其大约10%的基因来自核质大DNA病毒家族中的一种病毒
尽管已经对病毒的内生化进行了深入研究，但研究大多局限于小核糖核酸病毒，如人类免疫缺陷病毒(艾滋病毒)，这是一种导致获得性免疫缺陷综合征(艾滋病)的逆转录病毒
艾尔沃德和莫尼鲁扎曼的研究是第一批关注大型真核DNA病毒的研究之一，这标志着该领域的一个重大转变
一种AaV的电子显微照片，这是一种感染并杀死一种单细胞藻类的巨型病毒，这种藻类会导致有害藻类大量繁殖
与AaV属于同一组的巨型病毒可以频繁地将其基因组插入宿主的基因组中
图片由德克萨斯大学埃尔帕索分校传晓和岳蛟贤提供；史蒂文·W
威廉和埃里克
诺克斯维尔田纳西大学江恩分校
“这些大的内源性病毒成分比以前想象的要普遍得多
现在我们有了系统的分析，其他研究者真的要开始关注了
这项研究表明，内源性病毒成分非常普遍，因此它可能是基因组进化的一种常见机制
我认为这些结果将拓宽我们对巨型病毒作为宿主死亡媒介的作用的看法，使其成为宿主基因组进化中的重要角色，”莫尼鲁扎曼说
现在莫尼鲁扎曼和艾尔沃德已经证实了更大的病毒正在发生内生化，他们想知道是什么条件导致这些病毒首先将EVEs注射到绿藻中——以及为什么宿主没有表现出拒绝它们的迹象
“我们不知道这种机制是什么，也不知道脱氧核糖核酸是如何维持的，但这种内生化可能是一个随机的、几乎是偶然的过程
艾尔沃德说:“一旦病毒DNA被内生化，它就可以改变宿主的进化动态，并进一步影响该谱系的进化。”
莫尼鲁扎曼特别感兴趣的是，宿主和病毒之间存在潜在的有益关系
“也许有一个原因可以解释为什么宿主将这些病毒基因组保存在其中
这些病毒基因不会导致宿主变得不成功或无法在环境中生存
事情是这样的:内源性病毒成分对宿主有益吗？他们是怎么进去并呆在里面的？”莫尼鲁扎曼问道
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