广泛存在且富含内含子的mirus病毒预计会在单细胞真核生物的细胞核中复制

《Nature Microbiology》：Widespread and intron-rich mirusviruses are predicted to reproduce in nuclei of unicellular eukaryotes

Mirusviricota病毒门类在海洋和淡水生态系统中高度多样化，包含Demutovirales、Okeanovirales、Styxvirales和Soporavirales四个目，发现1202个非冗余基因组，揭示其依赖宿主核酶系统的复制机制及丰富的剪接体内含子。

　　
Mirusviricota作为一类新的巨型病毒门类，其发现和系统发育研究为病毒学与宿主生态学提供了重要突破。该研究通过全球范围的宏基因组筛查和基因组学分析，揭示了这类病毒在海洋及淡水生态系统中的高度多样性，并首次系统阐明了其依赖宿主核内复制机制的独特进化路径。

### 一、研究背景与核心发现
巨型病毒（Mhv）因其基因组规模与宿主细胞器的相关性备受关注。Mirusviricota作为双链DNA病毒的新门类，其基因组特征介于传统DNA病毒与真核生物之间。研究团队通过整合全球12,152个宏基因组组装（MAGs），成功解析了1,202个非冗余环境基因组，其中包含21个超过500kb的巨型病毒基因组，使Mirusviricota成为继Nucleocytoviricota之后的第二大巨型病毒门类。

### 二、关键研究进展
1. **病毒分类与生态分布**
研究构建了包含MCP（核心衣壳蛋白）、末端酶和门户蛋白等关键基因的系统发育树，划分出四个主要类群：
- **Demutovirales**（海洋为主）：基因组内含子较少，保留完整的DNA合成与复制酶基因，推测其复制仍依赖细胞质环境。
- **Okeanovirales**（海洋优势）：基因组内含子密度高达0.2个/kb，缺乏DNA合成关键酶（如dNDP还原酶）和复制酶（如拓扑异构酶II），表明其完全依赖宿主核内复制机制。
- **Styxvirales**（海淡水均存在）：介于前两者之间，部分基因组出现内含子富集现象。
- **Soporavirales**（持久感染）：包含4个 episomal（ episomal）基因组，其中1个核整合基因组经显微验证可在宿主细胞核内完成复制。

2. **内含子与基因功能重构**
- **shintrons（剪接体同源内含子）**：首次发现病毒基因组内含子编码特定内切酶（如HNH型、GIY-YIG型），形成靶向剪接模式。例如， Terminase基因的内含子通过同源重组机制将ATP酶与核酸酶域拼接为功能性蛋白。
- **MING-1蛋白家族**：由271个内含子编码的未知功能蛋白，其三维结构预测显示具有保守的拓扑结构，可能参与RNA折叠调控。
- **内含子传播机制**：通过“同源核酸酶”扩散机制，内含子可跨基因家族水平转移，导致宿主基因组内含子富集（如Nucleocytoviricota中的降解内源病毒元件）。

3. **复制机制与进化模型**
- **细胞质到核内的进化陷阱**：提出两种进化模型竞争解释Mirusviricota起源：
- **进化陷阱模型**：祖先病毒在细胞质中复制，后续获得核定位信号并逐步丢失自主复制所需基因（如DNA聚合酶），最终被“锁定”在核内环境。
- **窃取逃逸模型**：祖先病毒最初在核内复制，通过获取宿主复制酶（如核DNA聚合酶）实现细胞质逃逸，但未完全成功。
- **功能模块差异**：
| 类群 | 核心酶基因 | 内含子密度 | 基因组完整性 |
|-----------------|-----------|------------|--------------|
| Demutovirales | 完整 | 0.042/kb | 88% |
| Okeanovirales | 缺失 | 0.2/kb | 85% |
| Styxvirales | 部分缺失 | 0.18/kb | 82% |
| Soporavirales | 完整 | 0.65/kb | 90% |

4. **生态学意义**
- **宿主范围**：主要感染原生生物（如甲藻、硅藻），在珊瑚、海绵等真核生物组织中检测到的信号可能源于共生原生生物。
- **环境适应性**：Okeanovirales基因组GC含量（25-72%）与宿主细胞核DNA特征高度匹配，其内含子富集基因（如Terminase）与宿主核剪接体协同作用。
- **生态功能**：作为海洋生态系统（如Eutrophication区）和淡水生态系统的关键生物量组成部分，可能通过内含子传播影响宿主基因组的进化。

### 三、理论突破与科学价值
1. **核复制机制的分子基础**
通过比较Nucleocytoviricota（如Pandoraviridae）和Mirusviricota的基因组，发现后者缺失的复制酶基因（如DNA聚合酶、拓扑异构酶）与宿主核内复制所需的宿主酶（如NF1、TFIIH）形成功能补偿。例如，Okeanovirales基因组中DNA合成基因缺失率达92%，完全依赖宿主细胞核的dNDP还原酶系统。

2. **内含子驱动的病毒适应性进化**
- **功能冗余设计**： terminase等关键基因通过内含子分断，将ATP酶与核酸酶域拆分在不同基因组位置，需依赖宿主核内剪接与转录重组。
- **基因家族扩展**：MING-1蛋白形成跨病毒种系的保守家族，其三维结构预测显示具有RNA结合特征，可能参与病毒RNA的核定位与加工。

3. **病毒-宿主协同进化**
Demutovirales中检测到的内含子密度梯度（0.042-0.18/kb）提示复制机制的过渡状态，支持“核复制能力从偶然获得变为必需”的进化假说。例如，Styxvirales中检测到宿主特异性内切酶，可能参与病毒在淡水原生生物中的适应性进化。

### 四、未来研究方向
1. **实验室培养突破**：针对Soporavirales episomal基因组（如Mirus_0318），需建立原生生物宿主培养体系，解析其核整合复制的分子机制。
2. **功能基因组学验证**：通过CRISPR-Cas9技术敲除 Ming-1基因，观察对病毒颗粒形成的影响，区分其RNA折叠与剪接辅助功能。
3. **生态功能评估**：利用宏基因组数据量化Mirusviricota在海洋氮循环（通过内含子编码的氨转运蛋白）和重金属抗性（宿主特异性内切酶）中的作用。
4. **进化树校正**：需补充古菌和真核生物病毒（如Herpesvirales）的系统发育位置，特别是对三组内切酶的跨门类保守性分析。

### 五、总结
本研究颠覆了传统巨型病毒“细胞质复制优先”的认知，证实了至少30%的巨型病毒（包括Mirusviricota）已完全适应核内复制。其核心创新点在于：
- 揭示内含子不仅是基因组结构特征，更是病毒演化的重要工具（如shintrons）
- 建立了“复制酶缺失-宿主酶依赖”的进化动力学模型
- 量化了病毒内含子对宿主原生生物基因组的长期改造作用（如MING-1蛋白家族）

这些发现不仅完善了巨型病毒分类体系（目前包含17个潜在目、62个科），更为理解真核生物细胞器进化（如线粒体、叶绿体内共生起源）提供了病毒学视角的补充证据。未来需通过原位测序和单细胞分析技术，进一步揭示病毒在宿主细胞核内的空间分布与复制动态。