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为探究 GALV 和 KoRV 等逆转录病毒在华莱士线两侧的分布、起源及内生化情况,研究人员对 31 种东南亚哺乳动物基因组进行筛查。结果在菲律宾鼯猴基因组中发现 CynVolERVs,表明相关病毒传播未被华莱士线完全限制,为研究这类病毒进化提供新视角。
在生物进化的漫长画卷中,华莱士线宛如一道神秘的 “天堑”,横亘在东南亚与澳大拉西亚 - 巴布亚地区之间。它将不同的生物群落分隔开来,使得绝大多数动物难以跨越这条无形的边界。逆转录病毒作为一类特殊的病毒,其中的内源性逆转录病毒(ERVs)更是与宿主的进化紧密相连。长臂猿白血病病毒(GALV)和考拉逆转录病毒(KoRV)在生物界的分布一直是科研人员关注的焦点。此前,GALV 和 KoRV 相关的内源性逆转录病毒大多在华莱士线的澳大拉西亚 - 巴布亚一侧的啮齿动物和蝙蝠中被发现,在东南亚一侧仅在中国的两种蝙蝠粪便样本中找到过部分相似序列。而且,GALV 自 1979 年以来就未在野生长臂猿和圈养长臂猿中被检测到,其起源和传播途径也充满谜团。这种分布的局限性以及研究的不充分,使得人们对 GALV 和 KoRV 的进化历史、传播机制知之甚少。为了揭开这些谜团,德国莱布尼茨动物园和野生动物研究所(IZW)等机构的研究人员开展了深入研究。他们对 31 种东南亚哺乳动物的基因组进行了筛查,旨在寻找 KoRV 和 GALV 样逆转录病毒序列。最终,研究人员在菲律宾鼯猴(Cynocephalus volans)的基因组中发现了与 GALV 和 KoRV 相似的内源性逆转录病毒序列(CynVolERVs)。这一发现意义重大,它打破了以往认为 GALV 和 KoRV 相关病毒传播被华莱士线完全限制的认知,为研究这类病毒的进化历史提供了全新的视角,也为后续深入探究病毒与宿主之间的相互作用奠定了基础。该研究成果发表在《Scientific Reports》上。
研究人员主要运用了以下关键技术方法:首先,从 NCBI 数据库下载东南亚哺乳动物基因组序列,以 GALV、KoRV 等参考序列为种子,通过 BLAST 搜索进行基因组筛查;接着,利用 RNA - seq 技术分析 CynVolERVs 的表达情况;然后,采用 MAFFT 和 RAxML 等工具进行系统发育分析;最后,通过计算基因序列差异和长末端重复序列(LTR)差异,对 CynVolERVs 进行年龄估计。
研究结果如下:
- KoRV 和 GALV 逆转录病毒筛查:在菲律宾鼯猴基因组中,通过 BLAST 搜索和后续分析,发现了大量与 Woolly Monkey Virus 密切相关的 ERV 序列。经 RepeatMasker 和 RetroTector 鉴定,这些序列属于伽马逆转录病毒,并确定了 4 个不同的 CynVolERVs 亚组,分别为 CynVolERV - A、B1、B2 和 C。
- CynVolERV 原病毒分析:对不同亚组的原病毒序列分析发现,CynVolERV - A 多数原病毒具有完整的开放阅读框(ORF)和感染相关的逆转录病毒基序,有产生病毒颗粒和感染的潜力;CynVolERV - B1 和 B2 亚组存在较多基因缺失和突变,多数无法产生全长逆转录病毒蛋白,但部分 CynVolERV - B2 原病毒仍可能产生病毒颗粒;CynVolERV - C 亚组多数原病毒具有完整基因,部分有产生病毒颗粒的潜力。转录组分析表明,4 个亚组的原病毒在菲律宾鼯猴心脏组织中均有表达,且可能在其他组织中也有表达。
- CynVolERVs 长末端重复序列分析:研究发现不同原病毒组的 LTR 序列存在一定变异,且各亚组原病毒的 LTR 序列进化较为复杂,形成了不同的进化分支。
- 样本筛查结果:对菲律宾鼯猴博物馆和现代样本的筛查显示,部分样本中存在与 CynVolERV 高度相似的序列,但也有 4 个样本未检测到相关序列,这可能与样本处理方法或部分地区鼯猴未感染有关。
- 系统发育分析:通过核苷酸和蛋白质序列的系统发育分析,确定了 CynVolERVs 与 GALV 样序列的密切关系,CynVolERV - A、B 和 C 均位于 GALV 样进化分支中。
- CynVolERV 原病毒年龄估计:运用两种方法估计 CynVolERV 原病毒的进化年龄,结果表明这些 ERVs 在进化上非常年轻,最年轻的原病毒可能只有几十万年甚至更年轻。
研究结论和讨论部分指出,在菲律宾鼯猴基因组中发现的 CynVolERVs 是首次在野生灵长类动物近亲中发现的近期感染 GALV 样逆转录病毒的例子。这些原病毒序列的特征以及年龄估计结果表明,CynVolERVs 可能是近期进化形成或仍在活跃增殖。部分样本中未检测到 CynVolERVs,需要进一步研究确定其地理分布情况。该研究还发现,进化上近期或当前可能存在循环的 KoRV/GALV 样逆转录病毒在东南亚哺乳动物中存在,这意味着 KoRV/GALV 进化支的分布并不局限于澳大拉西亚 - 巴布亚地区。随着更多哺乳动物基因组序列的获取,将有助于更清晰地了解华莱士线对这类病毒的阻隔作用以及 GALV - KoRV 进化支的分布和多样性。这一研究成果为病毒进化研究领域开辟了新的方向,为深入探究病毒与宿主的协同进化机制提供了重要线索,对理解生物进化过程中的病毒传播和演变具有重要的科学价值。