鸟类内源性逆转录病毒的系统基因组学分析揭示其复杂进化历程与宿主互作机制

本研究通过系统基因组学方法对758种鸟类基因组中的内源性逆转录病毒(ERVs)进行挖掘，揭示了鸟类逆转录病毒的高度多样性和复杂进化模式。研究人员鉴定出超过47万条ERVs，发现鸟类逆转录病毒的进化同时受到共进化与跨种传播的双重影响，其中4个古老谱系贡献了90%以上的完整ERVs。该研究不仅拓展了对鸟类逆转录病毒多样性的认知，还发现ERVs可通过介导基因组重排和捕获宿主基因等方式影响宿主基因组进化，为理解病毒-宿主互作提供了新视角。

　　

在生命演化史上，鸟类的崛起代表着一次重要的进化转变。作为兽脚类恐龙的后裔，现代鸟类在形态、行为和生态位等方面展现出惊人的多样性。然而，与鸟类相关的病毒，特别是逆转录病毒的起源和多样化过程却鲜为人知。内源性逆转录病毒(ERVs)作为过去逆转录病毒感染的"分子化石"，为研究病毒进化及其与宿主的互作关系提供了独特窗口。尽管已有研究在部分鸟类如达尔文雀中发现了ERVs的存在，但缺乏对鸟类整体逆转录病毒多样性的系统性认识。

南京师范大学生命科学学院的研究团队在《Molecular Biology and Evolution》上发表了一项开创性研究。通过对758种鸟类基因组(覆盖97.5%的鸟类目)进行系统基因组学分析，研究人员鉴定出超过470,000条ERVs，其中38,720条为包含完整gag、pol和env基因及两侧长末端重复序列(LTRs)的完整ERVs。这些发现极大地拓展了人们对鸟类逆转录病毒多样性的认知，表明目前已知的外源性逆转录病毒(XRVs)可能只是冰山一角。

研究采用了多种关键技术方法：1)基于tBLASTn和系统发育分析的ERV挖掘方法；2)利用LTRharvest鉴定完整ERVs；3)通过LTR-LTR距离估算ERV整合时间；4)使用MMseqs2进行ERV聚类分析；5)基于共线性分析和系统发育验证的基因组重排检测；6)CD-search和HMMER进行宿主相关结构域注释。

研究结果显示，鸟类ERVs可分为7个主要类群：ERV-Apha/Beta-related-Aves(A/B)、ERV-Gamma-related-Aves(G)、ERV-Epsilon-related-Aves(E)等。通过RT蛋白序列相似性分析，这些ERVs可进一步划分为145(AAI=0.3)、1,390(AAI=0.5)和31,646(AAI=0.7)个簇。值得注意的是，A/B、G和L1三个主要类群的ERVs数量在鸟类进化过程中呈现协同变化趋势，表明它们可能经历了协调一致的扩增与收缩过程。

在"Evolutionary dynamics of ERVs in birds"部分，研究发现ERV活性在不同鸟类物种间存在显著差异。通过分析5'-和3'-LTRs的遗传距离，发现约6.58%的完整ERVs的LTR-LTR距离为0，提示许多逆转录病毒可能仍在鸟类中活跃传播。特别值得注意的是，雀形目(Passeriformes)鸟类表现出明显的ERV活性爆发，其完整ERVs数量显著高于非雀形目鸟类。

关于"Origins and evolution of retroviruses in birds"，系统发育分析揭示了鸟类ERVs的复杂起源。研究人员将95%的完整ERVs划分为61个组，其中至少10个组的ERVs在古颚类和今颚类鸟类中均存在同源插入，表明它们可能在现代鸟类共同祖先时期就已存在。这些古老ERVs组贡献了约94.22%的完整ERVs，其中仅3、7、25和28四个组就贡献了91.36%。研究还发现鸟类可能作为逆转录病毒向非鸟类脊椎动物传播的来源。

在"ERVs mediated genome rearrangements in birds"方面，研究发现了ERV介导的基因组重排证据。通过LTR序列聚类分析，鉴定出至少3,044个可能通过ERV间重组产生的ERVs。这些重组事件中，有些导致了基因组结构的长期稳定改变，暗示其可能具有适应性意义。

研究还发现"ERVs captured diverse cellular genes"，在107个ERVs中鉴定出多种宿主相关结构域，包括冷休克结构域(CSD)和7次跨膜G蛋白偶联受体超家族(7mt_GPCRs)等。值得注意的是，某些结构域如CSD在不同ERV类群中被多次独立捕获，表明这些基因捕获事件可能为逆转录病毒提供了选择性优势。

这项研究的重要意义在于：1)首次在泛鸟类尺度上揭示了逆转录病毒的惊人多样性；2)阐明了共进化和跨种传播在塑造鸟类逆转录病毒进化中的双重作用；3)发现了ERVs通过介导基因组重排和基因捕获影响宿主基因组进化的新机制；4)为理解病毒-宿主长期互作关系提供了新视角。这些发现不仅拓展了我们对逆转录病毒进化的认知，也为研究鸟类基因组进化提供了重要线索。