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为探究真核生物及其病毒早期演化关系，弗吉尼亚理工大学研究人员对真核生物和病毒的 B 家族 DNA 聚合酶（PolB）、多聚体 RNA 聚合酶（RNAP）和 mRNA 加帽酶进行系统发育分析，发现相关病毒酶可能起源于 LECA 之前，这对理解病毒演化意义重大。
在生命演化的长河中，真核生物及其病毒早期的演化历程犹如一团迷雾，充满了未知。真核生物的出现是生命演化的重大飞跃，可它们究竟如何一步步发展而来，至今仍是未解之谜。而病毒，作为一类特殊的生物实体，与真核生物在漫长的岁月里相互作用、共同演化。其中，核质巨 DNA 病毒（Nucleocytoviricota）能感染各类真核生物宿主 ，其基因组庞大，还频繁与宿主进行基因交换。不过，像 DNA 合成、转录相关关键酶在真核生物和这类病毒间的演化关系，一直模糊不清。以往研究虽发现一些线索，但仍难以确定这些基因转移发生的时间和方向，这就如同在黑暗中摸索，找不到明确的方向。
为了驱散这团迷雾，来自美国弗吉尼亚理工大学（Virginia Tech）的研究人员 Sangita Karki、Zachary K. Barth 和 Frank O. Aylward 勇敢地踏上了探索之旅。他们精心挑选了真核生物、细菌、古菌以及多种病毒的基因组，开展了一场全面而深入的研究。通过对 B 家族 DNA 聚合酶（PolB）、多聚体 RNA 聚合酶（RNAP）和 mRNA 加帽酶进行系统发育分析，研究人员发现，病毒的这些酶往往与真核生物的酶形成相邻的进化枝。这意味着，这些病毒酶很可能在最后真核共同祖先（Last Eukaryotic Common Ancestor，LECA）出现之前就已经存在了。这一发现，就像在黑暗中点亮了一盏明灯，为我们理解真核生物和病毒的早期演化关系提供了关键线索。
研究人员为了完成这项研究，运用了多种先进的技术方法。首先，他们从多个数据库中收集了大量的基因组数据，涵盖了不同生物类别。接着，使用 Prodigal v. 2.6.3 软件预测蛋白质，并利用 HMMER3 中的 hmmsearch 命令以及自定义 Python 脚本，精准识别出目标蛋白的同源物。在构建系统发育树时，采用 Muscle5 进行多序列比对，再用 trimAl v1.4. rev15 对序列进行修剪，最后通过 IQ - TREE v1.6.12 软件，基于最大似然法构建出系统发育树 ，并进行了一系列验证测试。
在具体的研究结果方面，研究人员针对不同的酶展开了细致的分析：
- B 家族 DNA 聚合酶（PolB）的分析：研究人员尽可能广泛地选取了多种生物的 PolB 进行研究。在构建的系统发育树中，真核生物的 Polδ 与大多数核质巨 DNA 病毒（Nucleocytoviricota）形成了一个独特的进化枝，而 Polε 则与阿斯加德古菌（Asgard archaea）的 PolB 同源物聚集在一起。为了确保结果的可靠性，研究人员还进行了一系列测试，比如逐步去除快速进化位点。结果发现，在去除 40% 的位点前，树的整体拓扑结构都保持稳定，这进一步证实了真核生物和病毒 PolB 进化枝的深层分支位置相邻。
- 多聚体 RNA 聚合酶（RNAP）的分析：RNAP 在生物的遗传信息传递中起着关键作用。研究人员对其进行系统发育分析后发现，核质巨 DNA 病毒（Nucleocytoviricota）的 RNAP 与真核生物的 RNAP II 位置相近，而 RNAP I 和 RNAP III 则形成了不同的进化枝。而且，不同 RNAP 类别的进化枝分支非常短，这暗示着在真核生物起源时期，可能发生了快速的复制和分化事件。尽管研究人员尝试通过去除快速进化位点来确定 RNAP I、II 和 III 的分支顺序，但最终未能得到明确的结论。
- mRNA 加帽酶的分析：对 mRNA 加帽酶的系统发育分析显示，核质巨 DNA 病毒（Nucleocytoviricota）的 mRNA 加帽酶进化枝与真核生物相邻，这表明两者之间存在古老的进化关系。而对于 ATP 依赖的 DNA 连接酶，不同病毒谱系似乎在不同的进化时期获得了该酶。
综合上述研究结果，研究人员提出了两种可能的进化场景来解释这些现象。第一种场景是，在 LECA 出现之前，宿主向病毒发生了基因转移。这意味着核质巨 DNA 病毒（Nucleocytoviricota）在 LECA 出现之前，就从可能已经灭绝或尚未被发现的原真核生物谱系中获得了 DNA 复制、转录和 mRNA 加帽的相关机制。第二种场景则是，一些真核生物的酶可能来自病毒。不过，综合考虑各种因素，研究人员更倾向于第一种场景。
此外，核质巨 DNA 病毒（Nucleocytoviricota）的病毒工厂是其感染过程中形成的一种复杂的细胞内结构，对病毒的生存和繁衍至关重要。研究人员推测，病毒工厂很可能起源于 LECA 之前，它或许是早期核质巨 DNA 病毒（Nucleocytoviricota）逃避宿主防御的关键创新，使得这类病毒能够大量繁衍。
这项研究发表在《Journal of Molecular Evolution》上，其意义十分重大。它为我们深入理解真核生物和病毒的早期演化关系提供了全新的视角和有力的证据。通过揭示病毒酶可能的古老起源，研究人员推测现存病毒基因组中或许隐藏着已灭绝的原真核生物谱系的遗迹。这一发现不仅丰富了我们对生命演化早期阶段的认识，还为后续进一步探究生命演化历程、病毒与宿主之间的相互作用等问题奠定了坚实的基础，开启了新的研究方向。
