鲑鱼正呼肠孤病毒PRV-1基因组32年进化分析揭示宿主适应性高峰与时空分化特征

本研究针对鲑鱼正呼肠孤病毒PRV-1的起源与传播机制，通过分析1988-2020年间收集的331个全基因组序列，首次发现PRV-1在鲑鱼宿主中已达到适应性高峰，其基因组呈现高度保守性且主要受负选择压力。研究揭示了PRV-1a在东北太平洋存在三个独立进化分支，并通过1977年历史样本证实该病毒至少已存在47年，为水产养殖疾病防控提供了重要进化依据。

　　

在鲑鱼养殖业面临的重要病原体中，鲑鱼正呼肠孤病毒(Piscine orthoreovirus, PRV)因其对经济鱼类的健康威胁而备受关注。这种双链RNA病毒包含三个基因型，其中PRV-1型又分为PRV-1a和PRV-1b两个亚型，后者被认为具有更强的致病性。令人困惑的是，尽管该病毒已在东北太平洋、北大西洋和智利水域广泛传播数十年，其基因组却表现出异常的稳定性，这与大多数RNA病毒快速进化的特性形成鲜明对比。更关键的是，关于PRV-1的起源时间、传入途径以及养殖鲑鱼在病毒传播中的作用等核心问题，科学界仍存在激烈争议。

加拿大渔业与海洋部太平洋生物站的研究团队在《Virus Evolution》发表的重要研究，通过对32年间收集的PRV-1基因组进行系统分析，揭示了这一病原体令人惊讶的进化特征。研究人员构建了包含331个全长编码基因组的数据集，其中包括179个新测序样本和152个公共数据库序列，覆盖东北太平洋、北大西洋和智利等主要鲑鱼养殖区。通过创新的时间信号分析方法和多维度系统发育重建，研究团队获得了关于PRV-1进化历史的突破性认识。

研究采用了多重PCR结合MinION测序技术对存档样本进行基因组捕获，运用TempEST和Phylostems软件评估时间信号，通过BEAST构建贝叶斯系统发育树，并采用直接主成分分析(DPCA)解析遗传关系。选择压力分析则通过SNAP程序计算dS/dN比值，结合FUBAR、MEME和SLAC方法鉴定正选择位点。样本来源包括养殖和野生鲑鱼组织及海水样本，时间跨度从1977年至2020年。

研究结果部分，"时空信号分析"显示PRV-1在东北太平洋和全球数据集中的时间信号仅局限于Group 1分支，CVratio值<2.5表明多数分支缺乏可靠的时间信号。这一发现解释了为何先前研究对PRV-1传入时间的估计存在巨大差异（从1950年到1989年不等）。

"系统发育分析"部分有三个重要发现：首先，东北太平洋PRV-1a形成三个高支持度的单系群（Group 1-3），其中Group 1仅存在于太平洋鲑鱼中且具有时间信号，而Groups 2-3则同时存在于养殖大西洋鲑和野生太平洋鲑中。其次，全球数据集揭示了北大西洋和智利PRV-1b的四个新亚群（Groups 5-7），其中Group 7在L1和L2片段呈现独特变异。第三，1977年历史样本获得的S1部分序列与63.2%的东北太平洋毒株完全一致，证实PRV-1在当地已存在至少47年。

"PRV-1基因组遗传多样性"分析显示，全球毒株间最低核苷酸相似度仍达97.47%，氨基酸相似度98.98%。特别值得注意的是，冰岛引入株WCAN_BC17_AS_2017虽与本地毒株差异最大，但仍保持99.10-99.37%的核苷酸相似性，这种高度保守性在RNA病毒中极为罕见。

"选择压力分析"部分发现，所有PRV-1群体均表现出强烈的负选择/纯化选择信号，平均dS/dN比值高达7.78-49.28。FUBAR分析鉴定出34个正选择位点，其中8个位点被三种方法共同确认，主要分布在L2(λ2)、M3(μNS)、S1(σ3/p13)和S4(σ1)等蛋白编码区。

研究结论部分强调，PRV-1在鲑鱼宿主中已达到适应性进化高峰，其基因组保守性可能源于：1)病毒与宿主建立的稳定适应关系；2)养殖环境促进的基因重配；3)负选择压力对有害突变的清除。该研究首次证实PRV-1a在太平洋鲑鱼中存在独立传播谱系（Group 1），并为养殖-野生种群间的病毒传播提供了基因组证据。这些发现对制定基于进化的水产疾病防控策略具有重要指导价值，特别是对引种检疫和养殖区规划提供了科学依据。研究还提出，同义突变可能在PRV-1表型变异中发挥重要作用，这为理解病毒致病机制开辟了新思路。