Science最新:5500多种RNA病毒在海洋中被发现

病毒能够感染和影响生命的各个领域，它能够作为进化、多样性和全球化学循环的驱动力而发挥作用。由于病毒必须生存在其他生物的细胞内，并依赖宿主进行复制，所以它们对于理解生命的起源至关重要。

从普通感冒到新型冠状病毒感染，RNA病毒是人体感染多种疾病的重要原因。除了在疾病中的作用外，人们对RNA病毒的生态相关性和演化起源几乎一无所知。除了作为动植物病原体外，对环境中RNA病毒的研究还远远不够。

据估计，每天都有10%到20%的微生物因病毒感染而死亡。这些感染通过种群控制对微生物群落组成产生影响，对作为水平基因转移媒介的进化产生影响，并对全球化学循环和养分循环产生影响。然而，大多数努力都集中在DNA病毒的研究上。病毒基因组，特别是RNA基因组较小，稳定性较差，难以提取高质量的病毒RNA进行测序，阻碍了RNA病毒在环境中的探索。

由于目前对RNA病毒的研究主要集中在病理学方面，缺乏对其在环境中的丰富性和多样性的研究。这种数据的匮乏对确定RNA病毒起源的进化研究提出了挑战。

2022年4月8日，Ahmed A. Zayed等人在Science以“Cryptic and abundant marine viruses at the evolutionary origins of Earth’s RNA virome”为题发表文章。文章称在海洋中发现数千种RNA病毒。这些新序列填补了之前缺失的空白，从而能够构建更强大的系统发生树，并确认关于RNA病毒进化的假设。

本文发现了一个全球分布的门“Taraviricota”，将正核糖核酸病毒门（orthornaviran）的数量从5个倍增至10个（orthornavirans是RNA病毒），基于此重建了一个显示对RNA病毒演化新见解的系统发育树。

大多数已知的RNA病毒感染真核生物，感染细菌的很少，没有感染古细菌的。

然而，在真核生物和原核生物中都发现了逆转录元件，包括细菌和古细菌。逆转录元件是一种RNA遗传元件，可以移动到基因组中的新位置，这是通过一种类似于轮状病毒的RNA中间体来实现的。这一行为表明存在RNA依赖的RNA聚合酶（RdRp）的早期起源。

鉴于在全球海洋中探索的RNA病毒多样性很少，研究人员试图利用系统收集和全球分布的Tara海洋资源。

这些数据包括来自771个元转录本的RNA测序数据，这些数据跨越10个组织大小的部分(图3)。1)、三个大洋层和121个地点，分布在世界五大洋，其中包括来自整个北冰洋获得的143个元译本≈6TB的新测序数据。为了最大限度地从这些元转录本中推断，我们开发并改进方法来识别、分类和组织Orthorneviran基因组衍生的序列空间。

由于海洋中的orthornavirans样本严重不足，研究人员试图评估这些新数据如何与目前对orthornavirans大分类的五个分支的理解进行比较。

研究人员将机器学习分析与进化树结合在一起，分析了来自全球各地的约3.5万个水样，评估RdRp多样性，总共发现了5504种新的RNA病毒。

研究人员分析出了6个新的簇，可对应5个门，分别将其命名为“Arctiviricota”、“Paraxenoviricota”、“Pomiviricota”、“Taraviricota”（包括先前发现的22种具有接近完整的RdRp结构域的“quiryaVirus”)和“Wamoviricota”。

其中，“Taraviricota”门为RNA病毒在逆转录元素方面的进化起源提供了缺失的一环。

他们提出，逆转录病毒和Taraviricota病毒有共同的祖先。这个祖先可能是一个无壳RNA复制子，而不是病毒，后者有一个称为衣壳的外壳。

在此基础上，他们重建了一棵强大的系统发育树，从而为RNA病毒的进化提供了新的见解。

“在整个海洋中发现了一个完整的门类，这表明它们在生态上非常重要。”这项研究的主要作者、美国俄亥俄州立大学微生物学副教授马修·沙利文在一份声明中说，新发现的Taraviricota病毒门可能是数十亿年前早期RNA病毒进化中“缺失的一环”，可能将RNA病毒的两个不同的已知分支连接起来，这两个分支据称在复制方式上存在分歧。

科学家们表示，对这些新病毒的研究不仅有助于更好地了解RNA病毒的进化史，从而理解地球上早期生命的进化，更将“为把RNA病毒纳入生态学和流行病学模型提供至关重要的基础知识”。

不过，遗传复杂性和技术限制等因素为科学家们确定感染新RNA病毒的生物体带来一定的挑战。

研究人员表示，目前的发现主要局限于不完整的RNA病毒基因组的片段，下一步的研究将重点确定哪些类型的基因可能已经缺失，以及这些基因之间的进化联系。

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