全球海洋双链RNA噬菌体新科"Paraxenoviridae"的发现及其生态演化意义

本研究通过双链RNA(dsRNA)测序技术(FLDS)从北大平洋和东印度洋样本中重建了5个完整二分体RNA病毒基因组，结合系统发育分析将其归类为Durnavirales目（Pisuviricota门），揭示了"Paraxenoviridae"（暂定名）的衣壳蛋白(CP)结构变异与细菌宿主适应性。该发现扩展了海洋RNA噬菌体多样性认知，证实dsRNA噬菌体在全球海洋的广泛分布，为病毒-宿主互作及生态功能研究提供新视角。

　　

论文解读

研究背景与意义

海洋微生物生态系统中，RNA病毒的多样性长期被低估。传统研究受限于技术手段，对双链RNA(dsRNA)病毒尤其是感染细菌的RNA噬菌体认知严重不足。尽管近年宏转录组学揭示了包括"候选Paraxenoviricota门"在内的新病毒类群，但其基因组结构、宿主类型及进化地位仍不明确。例如，早期研究基于有限RdRP序列将Paraxenoviricota列为独立门类，而后续分析却质疑其分类位置。这些争议凸显了获取完整病毒基因组的重要性——只有通过全基因组解析，才能准确推断病毒复制策略、宿主范围及生态功能。

研究方法与技术

日本海洋研究开发机构(JAMSTEC)团队利用自主开发的FLDS技术（片段化连接双链RNA测序），对北大平洋和东印度洋表层水体微生物群落的dsRNA病毒组进行深度测序。通过CLC Genomics Workbench组装和保守末端序列聚类，重构了5个二分体RNA病毒完整基因组。研究结合RdRP系统发育树（IQ-TREE和FastTree）、AlphaFold2蛋白结构预测、HHpred结构域搜索及DALI结构比对，系统分析了病毒进化关系与功能蛋白特征。此外，通过全球海洋数据集（TARA Oceans、IMG/VR、LucaProt）的RdRP/CP序列挖掘，评估了该类病毒的生物地理分布。

研究结果

1. 新型二分体基因组特征
从海洋样本中鉴定出5个完整二分体RNA病毒基因组（命名为GT1-GT5），每个基因组含RNA1（5.3–6.8 kb）和RNA2（3.5–6.6 kb）两个节段（图1）。RNA1均编码RNA依赖性RNA聚合酶(RdRP)，RNA2编码衣壳蛋白(CP)或跨膜结构域蛋白。所有开放阅读框(ORF)上游均存在细菌核糖体结合位点(SD motif)，强烈提示其以细菌为宿主。GT1-GT3的RNA1节段包含长达1.5 kb的5'非翻译区(UTR)，其保守二级结构可能参与翻译调控（图2）。

2. 系统发育重定位
基于48个Paraxenovirus RdRP核心序列的系统发育分析表明，该类群属于Durnavirales目（Duplopiviricetes纲，Pisuviricota门），与未命名病毒家族f.0117_base-cysto形成姊妹群（图3）。这一结果纠正了此前将其列为独立门类（Paraxenoviricota）的观点。AlphaFold2预测的RdRP结构进一步证实其与Durnavirales成员（如Picobirnavirus）的相似性，但存在独特插入：HTH基序中60个氨基酸延伸环，可能参与dsRNA出口通道调控（图4）。

3. 衣壳蛋白结构创新
GT2和GT4的CP结构模型显示：壳区(S域)与Picobirnavirus CP同源，但投影区(P域)显著延伸（图5A）。GT2的CP含1,376个氨基酸，P域长达7 nm（Picobirnavirus的3倍），形成复杂的拓扑结构（图5B）。尽管序列差异大，DALI比对确认其S域与兔源Picobirnavirus CP(PDB:2VF1)结构相似（Z=2.4）。二聚体界面保守性提示两者采用类似的衣壳组装机制（图5C）。

4. 全球海洋分布
该类病毒在4个海洋RNA病毒组中占比2–18%，与Picobirnaviridae、Totiviridae等已知dsRNA病毒共存（图6A）。全球数据集（658个RdRP/800个CP序列）证实其广泛分布于全球表层至中层海水，在极地至热带海域均有检出（图6B），表明其对海洋微生物生态的潜在影响。

结论与意义

本研究通过FLDS技术克服了分段RNA病毒基因组组装的挑战，首次揭示了海洋dsRNA噬菌体新科"Paraxenoviridae"的完整基因组特征。关键结论包括：

1. 分类重定义：基于RdRP系统发育与CP结构相似性，将Paraxenoviridae归为Durnavirales目下的新科，终结了其分类地位的争议。
2. 宿主适应性证据：所有ORF上游的SD基序及细菌型RBS，结合CP结构变异，支持其作为新型细菌病毒的生物学特性。
3. 结构创新性：发现迄今最复杂的RNA病毒CP结构（GT2含1,376个氨基酸），其延伸的P域可能介导新型宿主互作模式。
4. 生态重要性：全球海洋分布数据揭示该类病毒是海洋微生物网络的重要组分，可能通过调控细菌群落影响碳循环。

该研究不仅将dsRNA噬菌体的已知多样性扩展至新科水平，也为探索病毒-宿主共进化及海洋病毒生态功能提供了全新模型。相关成果发表于《The ISME Journal》，标志着海洋RNA病毒研究从片段化序列向完整功能基因组解析的重要跨越。