科学家在珊瑚共生体的DNA中发现古老病毒

近日一项研究显示：国际海洋生物学家团队在珊瑚礁建造者珊瑚内部共生生物的DNA中发现了古老RNA病毒的残余片段，这些片段可追溯到1.6亿年前。这项研究发现令人惊讶，因为大多数RNA病毒不会将自己嵌入其感染的生物的DNA中。这一发现发表在Communications Biology期刊的一篇开放获取的研究中，它有助于科学家了解珊瑚及其共生体如何抵御病毒感染。

研究表明，在珊瑚共生体基因组中，内源性病毒元件（EVEs）广泛存在。这些单细胞藻类称为甲藻，它们生活在珊瑚内并赋予其壮丽的颜色。EVE的发现强调了最近的观察结果，即除逆转录病毒外，其他病毒也可以将其遗传密码的片段整合到宿主的基因组中。

内源性病毒元件（EVEs）是指一类存在于宿主基因组中的病毒遗传物质残留。这些病毒元件可能是过去某个时期宿主细胞感染病毒的结果，其中病毒的遗传物质被整合到宿主基因组中。EVEs在宿主基因组中的存在可能是由于病毒与宿主细胞之间的相互作用，可能对宿主生物产生某种影响，如提供免疫保护或调节宿主基因表达。研究EVEs有助于揭示病毒与宿主之间的长期共存关系以及宿主对病毒感染的应对机制。

该研究合著者、莱斯大学的Adrienne Correa表示：“那它是怎么进入的呢？可能只是个意外。但人们开始发现这些‘意外’比科学家之前认为的更频繁，而且它们出现在各种宿主中，从蝙蝠到蚂蚁、植物再到藻类。”

RNA病毒在珊瑚共生体中的存在本身也是一个惊喜。

该研究的主要作者、莱斯大学研究小组的研究生Alex Veglia说：“基于我们目前所知，这个病毒没有理由存在于共生体的基因组中。”

这项研究得到了塔拉海洋基金会和美国国家科学基金会的支持，由Correa、Veglia以及俄勒冈州立大学的两位科学家Kalia Bistolas和海洋生态学家Rebecca Vega Thurber领导。该研究为科学家更好地理解病毒对珊瑚礁健康的生态和经济影响提供了线索。

图1：岛屿和物种（刺胞动物和甲藻）与Tara Pacific宏基因组中的dinoRNAV EVE类似序列检测相关。
a 在Tara Pacific宏基因组中，含有假定内源化的dinoRNAV类似序列的支架计数，按岛屿分组，并按采样位置纵向间隔排列。b 在本研究中探索了Tara Pacific宏基因组的采样点，以寻找内源化的dinoRNAV类似序列。内部圆圈表示基于ITS2类型谱系图的优势Symbiodiniaceae属，外环表示在每个岛屿采样的珊瑚宿主。c 基于Symportal119的Sy**mbiodiniaceae ITS2类型谱系图宏条形码分析，按岛屿和宿主划分。d Tara Pacific图书馆用于查询dinoRNAV EVE的样本设计。地图上的[x]和黑色圆圈表示未检测到dinoRNAV类似序列的岛屿位置或物种。图标来源于Noun Project。图源：本论文插图

研究人员在过滤海水样本和无甲藻的石珊瑚、水珊瑚或水母的基因组中没有发现来自RNA病毒的EVEs。但是，在从数十个珊瑚礁采集的珊瑚共生体中，EVEs普遍存在，这意味着致病性病毒对宿主选择性很高，可能仍然如此。

Correa说：“地球上有很多种类的病毒。我们对一些病毒了解很多，但大多数病毒还没有被研究过。我们可能能够检测到它们，但我们不知道它们的宿主是谁。”

她说，病毒，包括逆转录病毒，在感染宿主时有许多复制方式。“我们研究之所以很有意思，是因为这个RNA病毒并不是逆转录病毒，”Correa说。“鉴于此，你不会期望它整合到宿主DNA中。”

Correa说：“**多年来，我们在珊瑚群体中发现了大量病毒，但很难确定它们感染的是什么。**因此，这可能是我们对珊瑚群体相关病毒的最好、最确切的信息。现在我们可以开始探究为什么共生体保留了那段DNA或基因组的一部分。为什么它在很久以前没有丢失？”

发现EVEs已经保持了数百万年，这表明它们可能对珊瑚共生体有益，并存在某种机制促使EVEs整合到基因组中。

Veglia说：“我们可以继续追踪许多方面，比如这些元件是否被甲藻内源性病毒用于抗病毒机制，以及它们可能如何影响珊瑚礁健康，特别是在海洋变暖时。”

图2：每个宏基因组或基因组中可能存在的内源性dinoRNAV数量。总共鉴定出的可能存在的内源性dinoRNAV EVEs的数量，按样本来源（宏基因组或基因组）和查询的库或组装数量进行粗略组织。不透明的圆圈表示每个来源中鉴定出的dinoRNAV EVE-like序列的总和，而透明的圆圈表示每个库中可能存在的dinoRNAV EVEs的个数。图标使用BioRender创建。图源：本论文插图

他说：“如果海水温度升高，Symbiodiniaceae物种是否更有可能含有这种内源性病毒元件？在它们的基因组中存在EVEs是否提高了它们抵御当今RNA病毒感染的几率？”

Correa表示：“我们不能假设这种病毒具有负面影响。但与此同时，我们确实发现在温度应激条件下，它似乎变得更有活力。”

该研究还包括来自德国康斯坦茨大学、瑞士微生物学研究所、瑞士生物信息研究所、法国佩皮尼昂大学、摩纳哥科学中心、法国埃夫里大学巴黎萨克莱大学、法国塔拉海洋基金会、缅因大学、法国索邦大学、筑波大学、法国巴黎科学与文学大学、巴黎萨克莱大学、以色列拉曹沃特理工学院、尼斯大学、英国剑桥大学欧洲生物信息研究所、俄亥俄州立大学和爱尔兰国立大学戈尔韦的20多位共同作者。据悉，美国国家科学基金会提供了三项资助（2145472、2025457、1907184）。

参考文献：

1. Veglia, A.J., Bistolas, K.S.I., Voolstra, C.R. et al. Endogenous viral elements reveal associations between a non-retroviral RNA virus and symbiotic dinoflagellate genomes. Commun Biol 6, 566 (2023). https://doi.org/10.1038/s42003-023-04917-9

2. https://www.nature.com/articles/s42003-023-04917-9

3. https://www.sciencedaily.com/releases/2023/06/230601182927.htm

4. https://www.rice.edu/

编译：Wendy

审核：绿茵

编辑：Tommy