濒危物种小熊猫基因组内源性逆转录病毒（ERVs）的发现与跨物种传播进化研究

本研究首次在濒危物种小熊猫（Ailurus fulgens）基因组中发现11个完整内源性逆转录病毒（ERV）序列，其中6个具有长末端重复序列（LTRs）。通过系统发育分析和LTR分歧年代测定，揭示这些ERVs分属γ-逆转录病毒（Gammaretrovirus）和β-逆转录病毒（Betaretrovirus）属，并与鼠科（Muridae）、猫科（Felidae）等宿主ERVs存在跨物种传播证据。研究为理解哺乳动物逆转录病毒进化与宿主基因组互作提供了新视角。

　　

ABSTRACT

内源性逆转录病毒（ERVs）是外源逆转录病毒整合入宿主生殖细胞基因组后稳定遗传的病毒遗迹。尽管多数ERVs功能沉默，但其与多发性硬化症、类风湿性关节炎和癌症等疾病相关。研究首次在小熊猫基因组中鉴定出11个ERV序列，其中6个具有完整的前病毒结构（含LTRs），填补了该濒危物种ERV研究的空白。

INTRODUCTION

ERVs通过逆转录将RNA病毒基因组转化为DNA并整合入宿主基因组，其典型结构包含5'LTR、PBS、Gag、Pro、Pol、Env、PPT和3'LTR。小熊猫作为食肉目濒危物种，其ERV的多样性与进化机制尚未阐明。本研究通过生物信息学方法系统解析小熊猫ERVs的基因组特征与进化起源。

MATERIALS AND METHODS

基于NCBI小熊猫基因组数据（GCA_002007465.1），使用Diamond比对RetroFull蛋白数据库（E值1E^-18）筛选潜在ERV序列。通过Geneious Prime分析ORF分布，LTR_finder检测LTRs，CD-Search鉴定保守结构域。采用MAFFT 7.526比对RT/GAG/POL/ENV蛋白序列，IQ-Tree构建最大似然系统发育树（bootstrap=1000）。基于LTR分歧度（中性替代率2.2×10^-9/位点/年）估算整合时间。

RESULTS

1. Discovery and classification

   鉴定出11个ERVs，命名为ERV-Gamma.n-Aful（n=1-9）和ERV-Beta.n-Aful（n=1-2）。RT系统发育树显示其分属Gammaretrovirus（9个）和Betaretrovirus（2个）。

2. Characterization

   6个ERVs具有完整LTRs，ERV-Gamma.6-Aful的PBS序列与哺乳动物逆转录病毒完全一致。所有ERVs均含Gag、Pol、Env核心基因，但存在结构域缺失（如ERV-Gamma.4-Aful缺失RT）。

3. Phylogenetic analysis

   GAG/POL/ENV系统发育树显示：

   • ERV-Gamma.2/3/4/5/7-Aful与鼠白血病病毒聚簇（bootstrap>95%）

   • ERV-Beta.1/2-Aful与猫科未表征逆转录病毒关联

   • ERV-Gamma.9-Aful在POL树中与鹿科ERVs亲缘最近，提示基因特异性进化

4. Molecular dating

   LTR分歧年代测定显示：

   • γ-逆转录病毒整合时间为6.36-14.41百万年前（MYA）

   • β-逆转录病毒整合于12.86 MYA

DISCUSSION

小熊猫ERVs的跨物种传播特征与其历史上种群扩张事件吻合。γ-逆转录病毒与鼠科病毒的密切关联，以及β-逆转录病毒与猫科病毒的同源关系，揭示了哺乳动物逆转录病毒复杂的水平转移网络。LTR年代学证据表明这些ERVs整合于宿主分化后，为逆转录病毒宿主跳跃理论提供了新案例。

ACKNOWLEDGMENTS

研究受江苏省高校自然科学研究项目（22KJA320001）和国家重点研发计划（2022YFC2603801）资助。