基因组水平揭示鳞翅目昆虫病毒（Ascovirus）密码子使用偏好性：病毒进化与宿主适应的分子机制

本研究针对Ascovirus属病毒密码子使用偏倚(CUB)机制不清的问题，通过全基因组分析9种病毒株的编码序列，发现其呈现AT偏好性且CUB水平较低，证实突变压力是主导因素，同时揭示病毒与宿主的高度适应性。该研究为理解DNA病毒进化规律及宿主-病原互作提供了重要分子依据。

　　

在昆虫病毒研究领域，有一类被称为"囊泡病毒"的病原体正引发科学家们的浓厚兴趣。这类属于Ascoviridae家族的DNA病毒，能够导致蛾类和蝴蝶等鳞翅目昆虫宿主产生类似细胞凋亡的病理变化，最终形成充满病毒粒子的特殊囊泡结构。更令人惊叹的是，它们还能借助寄生蜂作为传播媒介，在昆虫种群中扩散。尽管科学家们已经成功分离鉴定出多个Ascovirus病毒株并完成基因组测序，但关于这些病毒如何优化其基因表达、适应宿主环境的分子机制仍存在大量未解之谜。

问题的核心在于密码子使用偏倚(Codon Usage Bias, CUB)这一关键分子特征。就像人类语言存在方言偏好一样，生物体在使用编码相同氨基酸的不同密码子时也会表现出系统性偏好。这种偏好既可能反映病毒应对宿主细胞翻译压力的适应策略，也可能揭示其长期进化历程中的突变积累模式。然而，对于Ascovirus这类具有重要生物防治潜力的昆虫病毒，其CUB特征及其形成机制始终缺乏系统研究。

为解开这个谜团，研究人员开展了一项开创性的基因组水平分析。通过对9种Ascovirus病毒全基因组编码序列的深入挖掘，研究团队首先绘制了这些病毒的核苷酸组成图谱。令人惊讶的是，所有病毒都表现出显著的AT碱基偏好，尤其在密码子第三位点上，A和T的含量分别高达36.24%和34.30%，明显高于GC含量。这种组成特征直接导致病毒整体密码子使用偏倚程度相对较低。

为追溯CUB形成机制，研究人员运用了多种生物信息学分析工具。ENC（有效密码子数）绘图和PR2（第二 parity 规则）分析显示，数据点广泛分散在理论曲线周围，暗示突变压力而非自然选择起主导作用。这一结论进一步通过中性绘图得到验证——GC₁₂与GC₃的强相关性（相关系数0.934）有力支持了突变压力的核心地位。值得注意的是，二核苷酸组成分析揭示CpG抑制现象，这可能是宿主免疫系统施加的选择压力留下的分子印记。

在探讨病毒与宿主适应关系时，CAI（密码子适应指数）分析给出了令人信服的证据：Ascovirus的密码子使用模式与其鳞翅目宿主高度匹配。这种精妙的适应性很可能是病毒长期进化过程中优化基因表达效率的结果。研究人员特别指出，虽然自然选择的作用相对较弱，但在特定基因区域（如结构蛋白编码区）仍可检测到明显的选择信号。

这项发表在《Microbial Pathogenesis》的研究采用了多项关键技术：从NCBI数据库获取9株病毒全基因组序列并进行CDS筛选；使用CodonW软件进行ENC、RSCU等CUB指标计算；通过PR2双标图、中性绘图和对应分析等多维统计方法区分突变与选择压力；采用Pearson相关性分析验证各因素间关联性。

主要研究结果可归纳为：

1. 核苷酸组成分析：发现Ascovirus编码序列存在AT偏好性，第三位点AT含量显著高于GC。

2. CUB程度评估：ENC值分布范围较广（45.21-52.67），证实整体CUB水平较低。

3. 形成机制解析：中性绘图显示GC₁₂与GC₃强相关，确立突变压力的主导地位。

4. 宿主适应分析：CAI值表明病毒密码子使用与宿主高度适配，CpG抑制反映宿主免疫选择。

这项研究首次系统揭示了Ascovirus密码子使用偏倚的分子特征及其进化驱动力。其科学价值不仅在于填补了昆虫DNA病毒CUB研究的空白，更为理解病毒-宿主协同进化提供了新视角。从应用角度看，这些发现可指导病毒基因工程改造，优化外源蛋白表达系统，还能为开发基于Ascovirus的生物杀虫剂提供理论支撑。特别值得注意的是，研究所建立的CUB分析框架可推广应用于其他昆虫病毒研究，为应对农业害虫抗药性挑战开辟了新的分子生物学途径。

正如研究者强调的，Ascovirus展现的低CUB特征可能反映其在多宿主间传播的进化权衡——过于特化的密码子使用虽能提高在特定宿主中的复制效率，却会限制宿主范围。这种精妙的平衡策略，正是病毒历经数百万年进化磨练出的生存智慧。随着后续研究深入，这些分子层面的发现或将改写我们对昆虫病毒适应性进化的认知。