基因组时代的真菌病毒:生态、进化与One Health视角

《Environmental Microbiology》:Mycoviruses in the Genomic Era: Ecological, Evolutionary and One Health Perspectives

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年11月07日 来源:Environmental Microbiology 4.0

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  真菌病毒(mycoviruses)是生物圈中广泛分布且具有重要生态意义的组成部分,作为真菌多样性、代谢及共生互作的隐性调节因子发挥作用。本综述在连接人类、动物、植物与环境健康的整合性One Health框架内,系统梳理了真菌病毒发现的历史与技术进展。研究人员追

  
真菌病毒(mycoviruses)是生物圈中广泛分布且具有重要生态意义的组成部分,作为真菌多样性、代谢及共生互作的隐性调节因子发挥作用。本综述在连接人类、动物、植物与环境健康的整合性One Health框架内,系统梳理了真菌病毒发现的历史与技术进展。研究人员追溯了从早期基于双链RNA(dsRNA)的检测和Sanger测序,到现代宏转录组学(metatranscriptomics)、宏基因组学(metagenomics)及拍字节级(petabase-scale)数据挖掘方法的转变,这些方法极大地拓展了已知真菌病毒组(mycovirome)的多样性,并揭示了深度分化的RNA病毒谱系。本综述调查了主要真菌病毒科及其基因组结构,并比较了当前发现策略的优势与固有偏倚。研究人员批判性地评估了跨界的水平病毒转移证据,区分了实验证实的跨宿主复制与仅基于系统发育推断的结果,并综述了真菌病毒在农业和临床环境中调节真菌毒力的作用,明确将稳健发现与初步或推测性报道相区分。基于低毒力(hypovirulence)的植物病原真菌生物防治是目前唯一获得田间验证证据支持的应用,而基于真菌病毒的人类真菌感染治疗仍属长期假设而非近期临床策略。研究人员强调需要结合严谨的实验与计算方法来表征真菌病毒组的复杂性与功能,并勾勒了未来十年的优先研究方向。
1 引言

病毒现已被认识为生物圈的基本结构与功能组分,而非仅仅是病原体,作为生态系统过程的普遍调节因子发挥作用。环境与宏基因组样本的培养非依赖测序的最新进展极大拓展了病毒研究能力。序列数据的大量产生要求生物信息学的同步进步,包括用于大规模病毒基因组挖掘的算法与机器学习驱动模型。这些发展共同揭示了全球病毒圈中广泛但 largely 未表征的组分,通常称为"病毒暗物质"(viral dark matter):从生物体与环境高通量测序(HTS)数据集中回收的病毒样序列,因极端序列分化削弱了系统发育信号并阻碍分类定位,而无法归属于已知病毒分类单元。该问题在RNA病毒中最为突出。病毒样序列发现的快速扩张对新建序列的整理与分类构成挑战,同时使得新型病毒谱系、复制策略、宿主范围及蛋白编码基因的逐步鉴定成为可能,并提高了病毒丰度与多样性跨生态系统的时空分辨率。这些发现凸显了病毒圈在生态系统过程中的核心功能作用,包括全球生物地球化学循环与生态系统韧性。

真菌是生物圈的普遍栖居者,执行宝贵的生态功能,包括产生植物生长促进分子、通过参与生物地球化学循环增强植物养分可利用性、维持土壤健康以及通过真菌坏死体(necromass)封存大气CO2。同时,真菌也具有显著的经济重要性,尤其是其在作物病害中的作用可对农业与粮食安全产生深远影响。除农业相关性外,真菌还构成影响人类与动物传染病原体的重要部分,具有重大临床后果。

真菌如同大多数生物体一样易受病毒感染。真菌病毒(fungal viruses)在核苷酸组成、基因组分段与大小、衣壳结构及复制策略方面表现出显著多样性。主要基因组类型为双链RNA(dsRNA),其次为正链单链RNA(+ssRNA)、负链ssRNA(?ssRNA)、与逆转录酶相关的ssRNA基因组(RT/ssRNA)及单链环状DNA病毒。大多数缺乏胞外阶段,依赖细胞分裂、孢子形成或菌丝融合进行传播。因此,其复制周期完全整合于宿主真菌的细胞动力学之中。

对病毒RNA依赖的RNA聚合酶(RdRp)与RT的综合系统发育分析已解析出RNA病毒世界的五个明确主要分支,统称为全球RNA病毒组(Global RNA Virome)。所有这些分支均包含真菌病毒,其中若干表现出与无脊椎动物和植物RNA病毒相似的基因组结构和高序列相似性。这一观察将真菌病毒定位为理解RNA病毒进化历史、系统发育关系及更广泛全球RNA病毒组的关键要素。特别是真菌病毒的并系分布表明多重独立进化起源和广泛的复制策略范围。尤为引人注目的是多分段和多组分RNA真菌病毒的发现,包括Chrysoviridae、Partitiviridae、Reoviridae(Mycoreovirus)、Polymycoviridae和Yadokariviridae等复杂科,模糊了基因组组织的传统界限。此类结构的含义——从传播动力学到进化稳定性——仍在解析之中。

真菌病毒可作为真菌种群动态的关键调节因子。由于真菌与植物和动物的互作跨越从互利共生到高度有害的连续谱,真菌病毒具有在整个One Health连续统中发挥直接和间接效应的潜力。研究人员在操作层面使用One Health一词:真菌病毒–真菌互作不限于单一生物域,而是跨越生态、农业和临床边界传播。真菌病毒改变真菌毒力和生理,从而影响作物生产力、生态系统养分循环及临床相关真菌的致病性。降低植物病原体毒力的真菌病毒同时与植物健康、农业经济以及——通过影响食品安全和霉菌毒素动态——人类与动物健康相关。反之,使人类真菌病原体对抗真菌药物敏感化的真菌病毒在环境病毒组学与临床医学的界面发挥作用。

本综述区别于早期综合的三个特征:明确的One Health框架涵盖植物、环境和临床领域;对决定每种发现工作流程能检测和不能检测什么的方法学偏倚进行比较性评估;以及证据强度的系统校准,贯穿始终将实验证实的发现与基于序列或系统发育的推断相区分。早期综述主要关注基因组多样性及真菌病毒介导的昆虫病原、植物病原和临床相关真菌的低毒力和高毒力。Wu和Li(2025)的补充综述分析了真菌病毒对真菌和卵菌的生态影响,包括传播动力学、适合度调节及真菌病毒介导的真菌–植物互作改变;临床相关真菌和发现方法学不在其范围内。本综述最后确定了来自该评估的知识缺口和优先方向。

2 从实验台到拍字节:真菌病毒发现的历史框架

真菌病毒研究史并非划分为整齐的时间单元,因为技术与概念转变是渐进且重叠的。因此研究人员以里程碑研究的发表年份作为启发式参考点。这些界限是人为的,但捕捉了每个时期的主导方法学范式。研究人员区分两个宽泛时代。第一个称为经典时代或前HTS时代(1948–2010),涵盖真菌病毒学的基础性数十年,以直接原位观察、电子显微镜、血清学、基于纤维素的dsRNA电泳及克隆cDNA片段的Sanger测序为特征,这些工具尽管有局限性,却建立了该学科的概念与实验支架。该时代包括一个过渡期(约2000年至2010年代中期),与第一代HTS平台的逐步采用及社区水平病毒谱分析的最早尝试相吻合,桥接经典病毒学与即将到来的数据丰富方法。第二个时代从2010年代中期至今,本身具有双重性质:基因组革命时代,由深度测序策略的广泛实施驱动,特别是rRNA耗竭的总RNA-seq和环境宏转录组学,极大拓展了已知真菌病毒组;以及并行的生物信息学时代,由大规模计算流程、剖面隐马尔可夫模型(pHMMs)、结构建模方法及能够查询全部公开测序档案的拍字节级数据挖掘平台的开发与部署所定义。后两个时代实际上不可分割:没有分析工具的数据,或没有数据的工具,均无法单独产生当代真菌病毒学所特征的发现转变。

2.1 前HTS时代:经典方法及其固有偏倚

从1960年代初到2000年代中期下一代测序出现之前,真菌病毒鉴定依赖劳动密集型方法,包括电子显微镜、血清学、基于纤维素技术的dsRNA电泳谱分析、克隆cDNA片段的Sanger测序及cDNA末端快速扩增。一个显著的历史案例说明了前HTS时代真菌病毒发现的漫长历程。从最初观察到Cryphonectria parasitica的低毒力形式,到随后检测到相关dsRNA元件,再到最终完成Cryphonectria hypovirus 1(CHV1)的全序列测定,历经近四十年。然而,最早记录的被后来认识为真菌病毒相关疾病的事件发生于1948年,位于美国宾夕法尼亚州切斯特县La France Brothers经营的商业双孢蘑菇Agaricus bisporus栽培设施中。

自1970年代以来,纤维素亲和纯化dsRNA的电泳检测已成为广泛使用的方法。该方法利用大分子dsRNA是RNA真菌病毒感染标志的特性,兼容dsRNA病毒基因组和ssRNA病毒的复制形式。纤维素亲和纯化后经DNase和核酸酶S1消化仍是鉴定具有dsRNA和ssRNA基因组病毒的有价值方法。Shapira等人的工作将RT-PCR和cDNA克隆引入真菌病毒学,促进了随后数十年间数千个全长真菌病毒基因组的测序。

在HTS应用于真菌病毒学之前,若干系统性偏倚限制了发现:(i)专性活体营养菌或具有严格营养要求的真菌代表性不足;(ii)宿主表型频繁缺失导致隐性感染, discouraging 研究;(iii)主要关注具有经济重要性的真菌;(iv)广泛使用基于dsRNA的方法,本质上排除了DNA病毒;(v)低病毒滴度导致基于可视化方法的假阴性;(vi)大多数真菌病毒缺乏胞外传播阶段,使基于分离的策略不适用;(vii)生物信息学方法发展有限。这些偏倚不仅是历史趣闻——它们持续塑造着研究人员对真菌病毒流行率和多样性的认知。

2.2 基于HTS的发现:平台、策略及其比较性能

首次使用Illumina边合成边测序表征真菌病毒组可追溯至2010年,当时一项对Vitis vinifera病毒组的研究作为次要结果鉴定了与Chrysoviridae、Totiviridae及一个未分类dsRNA真菌病毒同源的序列。这一里程碑——尽管间接——开启了基于HTS的真菌病毒组研究时代。三个实践性区分组织了该比较。第一,dsRNA富集和小RNA测序对dsRNA基因组及ssRNA病毒复制中间体具有选择性,二者均按设计排除DNA病毒。第二,poly(A)选择系统性遗漏非多聚腺苷酸化基因组,即大多数dsRNA病毒、线粒体病毒和许多DNA病毒,而rRNA耗竭的总RNA测序检测所有转录活跃的基因组类型。第三,宿主归属仅在病毒从无菌培养物中回收时为直接;在环境宏转录组中变为概率性,在拍字节级挖掘中仅为基于元数据。

2014年(2015年发表),Vainio等人证明可使用小RNA深度测序在Heterobasidion spp.中检测真菌病毒基因组片段。该方法靶向由真菌RNA干扰(RNAi)通路产生的病毒小干扰RNA(siRNAs),是研究真菌病毒组的有力策略。然而,它限于引发RNAi反应的病毒;DNA病毒及逃逸或抑制RNAi的病毒对该方法不可见。

Lee-Marzano和Domier及Nerva等人的研究确立了rRNA耗竭的总RNA测序作为真菌病毒组发现最广泛且最无偏倚的HTS策略。该方法捕获不论基因组类型的病毒转录本——因为所有病毒在复制过程中产生mRNA——并能够检测高表达病毒及低复制形式积累的病毒。在Lee-Marzano等人的里程碑研究中,从5种主要真菌植物病原体物种共275个分离株的宏转录组分析中鉴定了66个先前未描述的推定真菌病毒——确立真菌宏转录组学作为真菌病毒组表征的可扩展方法。

尽管从头生物信息学组装具有稳健性,鉴定真实病毒重叠群仍需严格标准。这些包括:(i)编码至少一个超过15 kDa的蛋白;(ii)可检测到与病毒RdRp掌状结构域的同源性;(iii)每个千碱基至少1000 reads比对到重叠群;(iv)正负义reads均大量积累等。关键的是,病毒基因组的存在和活跃复制需要实验验证:使用从病毒样重叠群序列设计的引物进行RT-PCR仍是确认计算机发现的黄金标准。病毒dsRNA的纯化和检测提供独立且互补的证据线。

在cDNA文库构建前合并多个分离株的核糖体耗竭RNA是一种成本效益策略,增加单次运行中捕获多样病毒序列的概率并增强病毒转录本的相对丰度。然而,该方法牺牲了关于哪个个体分离株携带特定病毒的信息。解析需要条形码策略——使用序列标签追踪个体样本——或在发现后对个体分离株进行病毒特异性RT-PCR筛选。发现效率与个体水平分辨率之间的权衡必须在研究设计中明确考虑。

2.3 环境宏转录组学与土壤真菌病毒组

直接从环境样本提取RNA的HTS(环境宏转录组学)代表(真菌)病毒发现的质与量飞跃。这些方法的有效性取决于整合流程,涵盖RNA提取、cDNA文库构建、从头组装及针对含标志性病毒结构域的 curated 病毒蛋白数据库的同源性搜索。

检测高度分化病毒序列的广泛使用策略涉及使用由 curated 病毒RdRp序列构建的pHMMs扫描RNA-seq数据集中含RdRp的重叠群。基于pHMM的方法比BLAST类相似性搜索具有显著更高的灵敏度,能够回收深度分化谱系。最近,基于pHMM的同源检测结合结构指导预测已将病毒发现扩展到深度分化的序列空间。

跨多样土壤微宇宙的大型环境宏转录组调查已确立真菌病毒是土壤病毒圈的常见组分。例如,Starr等人确定真菌是许多回收RNA病毒最可能的宿主,最强宿主置信度分配给Barnaviridae、Megabirnaviridae、Mitoviridae和Quadriviridae成员。这些归属是来自群落数据的计算推断而非感染的证明,同样的警告适用于上述调查。Mitoviridae成员是每个分析土壤样本中最丰富的病毒分支。最近,Begeman等人通过挖掘公开序列read档案(SRA)数据鉴定了763个新的推定线粒体病毒序列,代表已知线粒体病毒多样性在不同地理位置和生态环境中增加近50%。

从环境宏转录组进行宿主归属仍是环境真菌病毒组研究中最严峻的挑战。除非宿主被培养,归属是推断,应如此报告。将复杂群落RNA中回收的序列归因于特定真菌宿主需要多条互补证据线,无一单独具有决定性:(i)病毒与真菌序列跨样本的统计共现可提供间接关联但不建立因果关系,且受宿主群落间生态协变的混杂;(ii)密码子使用和核苷酸组成模式可能携带宿主特异性特征,例如利用UGA编码色氨酸的线粒体病毒作为线粒体复制的指标;(iii)新序列在充分表征、宿主验证分支内的系统发育定位提供间接支持,但易受同塑性及不完整参考数据库局限性的影响;(iv)当推定宿主可培养时,来自无菌培养物的RT-PCR和dsRNA纯化构成确认生产性感染的确定性方法,从而区分活跃复制病毒与瞬时环境污染物或错误宿主推断。

整合结构-序列同源性用于宿主推断的概率性生物信息学工具的持续开发仍是真菌病毒学的关键优先事项。这些工具可利用实验验证的发现提高环境数据集中宿主归属的置信度,但在培养可行时无法替代验证。

2.4 真菌病毒组研究的HTS数据系统挖掘

除产生新序列数据外,真菌病毒发现已通过系统挖掘已存在的HTS数据集而加速。自2020年代以来,测序成本下降及转录组和宏转录组数据在SRA等公共存储库中的积累使档案本身成为主要发现场所。

首个数据驱动的真菌病毒发现工作由Kondo等人进行,他们筛选公共NCBI真菌转录组数据集中的负义ssRNA及相关DNA序列。随后,Gilbert等人和Myers等人开创了通过计算筛选公开可用真菌转录组和宏转录组数据系统鉴定推定真菌病毒基因组的大规模工作,开发了检测保守RdRp蛋白基序的流程。最近,从约40个不同BioProject的200多个公共数据集的系统扫描中表征了12种新病毒。这些研究凸显了数据驱动发现的变革潜力,证明其不仅能够鉴定推定新真菌病毒物种,还能揭示更高分类级别的先前未识别系统发育谱系。

真菌病毒发现的显著增加也得益于强大生物信息学工具的开发,如拍字节级序列比对平台Serratus和DiscMycoVir。结构建模方法通过鉴定保守蛋白折叠和仅通过基于序列分析无法检测的进化关系,进一步将病毒发现扩展到深度分化的序列空间区域。总之,这些发展标志着真菌病毒学成熟为数据驱动学科。

3 大规模真菌病毒发现的生物学洞见

3.1 RNA真菌病毒的优势与DNA真菌病毒的稀少:生物学现实还是方法学假象?

尽管上述方法学多样性,发现工作呈现一致模式:RNA真菌病毒——特别是dsRNA和+ssRNA病毒——压倒性主导已知真菌病毒组,DNA真菌病毒的相对稀少仍是现代真菌病毒学中引人入胜的谜题。需要关键区分:RNA真菌病毒的表观优势得到采用多样方法的多项独立研究支持,如dsRNA富集、rRNA耗竭总RNA测序、小RNA测序和环境宏转录组学,均一致回收 predominantly RNA病毒,为真实优势提供稳健的 convergent 证据。同时,大多数广泛使用的HTS工作流程本质上偏向RNA,使DNA真菌病毒对这些方法 largely 不可见,除非其基因组活跃转录。进一步增加复杂性的是,最近一项宏基因组和转录组研究报告dsDNA病毒构成实验室条件下内生真菌菌丝内群落的主要病毒组分,这是一项 provocative 且初步的发现,若被重复,表明方法学偏倚而非真实生物学缺失可能解释先前调查中DNA真菌病毒的表观稀少。这一表观稀少反映真实生物学约束还是方法学假象仍未解决,代表该领域的优先问题。

可与噬菌体绘制一个 informative albeit 反向的平行。大规模宏基因组调查极大拓展了已知RNA噬菌体多样性,揭示其在原核宿主中远比先前认识广泛。类比而言,若DNA真菌病毒的表观稀少主要反映方法学偏倚而非真实生物学稀有性,系统性基于DNA的宏基因组方法可能揭示大量隐藏多样性。

3.2 跨界的水平病毒转移:证据、推断与开放问题

进化重建揭示了植物、真菌、动物和其他单细胞真核生物重叠的RNA病毒组。水平真菌病毒转移可能比先前认识更广泛,如积累的系统发育和实验证据所提示,尽管其频率和生态意义仍难以量化。重要的是,应明确区分支持水平转移的不同证据水平。

跨王国真菌病毒感染的最强证据来自实验证明病毒在非真菌宿主中复制和传播的研究。最令人信服的例子是Andika等人记录的跨王国感染,他们证明植物病原真菌可自然携带在真菌细胞内活跃复制的植物病毒;后续工作进一步证实植物和昆虫病毒对真菌的跨王国感染并阐明潜在分子机制。进一步实验支持的案例是植物到真菌的病毒获取,在共接种实验中证明。相比之下,线粒体病毒在植物细胞中及线粒体病毒样序列在无脊椎动物中的证据基于序列检测和基因组特征分析而非在非真菌宿主中证明的复制;这些报道属于下文考虑的推断层级。跨王国特征在单个蛋白水平也明显。Diaporthe sojae circular DNA virus 1(DsCDV1),一种感染D. sojae的环状ssDNA真菌病毒,可定殖植物幼苗。此外,其P3蛋白 exhibit 运动蛋白样活性,植物病毒的标志性特征,凸显真菌病毒与植物病毒生物学之间意外的 convergence,提示病毒性状可能跨真菌–植物边界运作。

编码糖蛋白的真菌布尼亚病毒样如Fusarium asiaticum mycobunyavirus 1的发现提出无脊椎动物介导的载体传播可能性,类似于动物酚病毒。跨王国传播的显著例子报道于黑翅蕈蚊Lycoriella ingenua,其在取食感染真菌菌落时获得Sclerotinia sclerotiorum hypovirulence-associated DNA virus 1(SsHADV-1)。获得后,昆虫可作为细胞内载体将病毒传播给先前未感染的真菌菌落。

然而,大量跨王国病毒存在的证据仅基于环境宏转录组数据集中的序列检测,无生产性感染或推定非经典宿主中活跃复制的实验证明。此类基于序列的观察具有信息性且产生假设,但必须谨慎解释,因为环境样本可含多种生物体的细胞或胞外RNA;环境样本中病毒序列的检测因此不确立在可疑宿主中发生活跃复制。该类别代表性研究包括Starr等人和Hillary等人,它们为土壤中真菌相关病毒谱系提供令人信服的证据,同时使宿主归属保持概率性。

RNA病毒圈的系统发育重建揭示若干真菌病毒谱系与感染动物或植物的病毒聚类,该模式与古老宿主跳跃一致。无脊椎动物到植物的宿主转移在植物陆生化过程中似乎特别频繁,并对当代植物病毒组作出实质贡献;类比而言,真菌病毒组的进化轨迹可能同样反映与动物、植物和其他真核谱系病毒的历史互作。这些系统发育推断涉及记录数百万年进化历史的分支拓扑,因此不意味着跨王国感染事件在生态时间尺度上常见。关键的是,古老宿主跳跃的证据不与当代条件下单个真菌病毒株的既定宿主特异性矛盾,该特性支撑其作为生物防治剂的效用;进化时间尺度与生物防治时间尺度相差多个数量级。此外,最近野外研究表明营养不亲和真菌株间的水平传播在自然环境中比实验室条件下更频繁,进一步增加真菌病毒传播生态的复杂性。

总之,这些发现表明当代真菌病毒组观仍受方法学约束和不完整宿主归属的强烈塑造,而隐藏DNA病毒多样性和跨王国传播的日益增多证据挑战关于真菌病毒宿主范围、进化和生态边界的长期假设。

4 真菌–真菌病毒生态关系:从偏利共生到互利共生和寄生

遵循Hoffmann和Cooper提出的关系定义,真菌病毒最好通过其依赖的存在模式而非仅形态来理解。从病毒中心视角,它们不仅作为感染因子发挥作用,而且作为与宿主整合的持久共生复制子,可被视为专性内共生遗传元件(EGEs),更类似于细胞内内共生体而非经典裂解病毒。

大多数目前描述的真菌病毒–宿主关联被描述为偏利共生或无症状互作,尽管这种表观优势可能部分反映历史采样偏倚而非真实生物学模式。最合理的方法学解释之一是,真菌病毒发现和表征传统上依赖来自表观健康真菌株的无菌培养物分析,该策略本质上 favour 持久无症状感染的检测,同时可能 under-represent 与宿主表型显著改变相关的病毒。偏利共生是否真正占优势因此仍开放。

若干互利共生真菌病毒–宿主互作案例得到实验证据支持:(i)Curvularia Thermal Tolerance Virus(CThTV;Orthocurvulavirus curvulariae,Curvulaviridae)赋予真菌Curvularia protuberata耐热性,该真菌是草Dichanthelium lanuginosum的天然内生菌,使两种生物体在地热土壤中生长。这种三方共生是实验支持的真菌病毒介导互利共生研究最广泛的例子之一。(ii)Tolypocladium cylindrosporum virus 1(TcV1;Totiviridae)在T. cylindrosporum于Solanum lycopersicum内生定殖期间提供生理稳定性。(iii)Rhizopus microsporus narnaviruses(20S和23S RNA)与内共生细菌Mycetohabitans sp.的共存对R. microsporus有性繁殖成功不可或缺,说明真菌病毒介导的互利共生可涉及三方互作。(iv)在Aspergillus thermomutatus中,Aspergillus thermomutatus chrysovirus 1是有性孢子形成所必需的。(v)在自然感染的A. flavus分离株中,partitivirus、polymycovirus和vivivirus感染增强分生孢子形成并赋予各自宿主UV抗性。

具有寄生结果的真菌病毒–宿主互作清单不断扩大,包括低毒力(真菌病毒感染的毒力降低)和高毒力(真菌病毒感染的毒力增强)案例。若干综合综述论述植物病原真菌中真菌病毒诱导的低毒力。

关于高毒力,已记录一种复杂的三方关系:感染LbQV1的Leptosphaeria biglobosa在Brassica napus上 exhibit 高毒力,显著上调与系统获得性抗性相关的病程相关(PR)蛋白表达。然而,此类高毒力案例——虽机制上引人入胜——目前基于个别实验报道,需独立重复才能得出确定结论。在人参根腐病病原Nectria radicicola中,dsRNA真菌病毒感染与毒力和孢子形成增加相关。在Alternaria alternata中,chrysovirus AaCV1感染通过诱导AK毒素生物合成与毒力增强相关。T. cylindrosporum中霉菌毒素伏马菌素B2水平升高与真菌病毒感染相关,Aspergillus ochraceus virus(AoV)感染诱导赭曲霉毒素A(OTA)产生。

总之,真菌病毒构成跨越整个共生谱——从偏利共生和寄生到真正互利共生——的专性内共生EGEs多样且动态的网络。

5 真菌病毒研究的One Health维度

引言中设定的One Health框架在此应用于证据本身。以下部分批判性评估真菌病毒介导的对植物病原和昆虫病原真菌效应的证据,明确区分稳健发现与初步或推测性观察。

5.1 基于低毒力的植物病原真菌生物防治:稳健证据

真菌病毒在生物防治中最成功且验证最充分的应用是控制由C. parasitica引起的板栗疫病,可追溯至Grente的基础性报道。CHV1感染牢固确立为低毒力的机制基础,低毒力菌株的田间应用已在欧洲实施并有记录的成功。该系统已建立病毒诱导低毒力用于生物防治的概念验证。

充分支持的其他系统包括S. sclerotiorum,其中SsHADV-1和若干RNA病毒显著降低毒力、菌核形成和宿主定殖。在Fusarium spp.——全球最重要的产霉菌毒素和植物病原属之一——中,多种真菌病毒与霉菌毒素生物合成改变相关。Fusarium pseudograminearum megabirnavirus 1(FpgMBV1)和Fusarium graminearum virus 1 strain FgV1-SD4在各自宿主中抑制脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)合成。

上述DsCDV1的植物定殖具有直接生物防治维度:系统感染DsCDV1的植物 exhibit 对多种真菌病原的广谱抗性,揭示意外的跨王国效应及对生物防治策略的潜在意义。这些来自多个独立研究组的发现构成稳健证据,表明真菌病毒既能减轻毒力又能减少霉菌毒素积累。

5.2 昆虫病原真菌中的生物防治:初步与混合证据

昆虫病原真菌如Metarhizium anisopliae、Beauveria bassiana和Metarhizium flavoviride中的真菌病毒感染引起科学兴趣,因为高毒力诱导可增强对农业害虫的生物防治效力。然而,实现该潜力的努力 largely 因频繁观察到低毒力或仅具有 questionable 生物学相关性的微妙高毒力而受挫。

现有证据应谨慎解释。Melzer和Bidochka的研究证明在受控条件下同基因M. flavoviride菌株中真菌病毒介导的低毒力。一项关于M. anisopliae中dsRNA真菌病毒的研究提示病毒感染分离株中内切几丁质酶分泌减少,但特定病毒序列与酶表型之间的机制联系未完全解析。在一项野外研究中,报道B. bassiana chrysovirus 2(BbCV2)在B. bassiana中诱导低毒力。反之,在单一B. bassiana菌株中确认对Galleria mellonella的轻度高毒力效应。总之,该证据是提示性的但尚未结论性:需在不同真菌分离株背景和昆虫宿主系统中独立重复,才能得出关于真菌病毒操作在昆虫病原生物防治中效用的确定结论。

迄今为止最有希望的结果来自一项单一研究,其中用Metarhizium flavoviride partitivirus 1(MfPV1)转染商业M. anisopliae和M. pingshaense菌株显著增强分生孢子形成,并导致小菜蛾(Plutella xylostella)和草地贪夜蛾(Spodoptera frugiperda)死亡率显著高于野生型菌株。由于工作直接在商业生物防治菌株中进行,它确立真菌病毒介导的昆虫病原效力增强值得在应用条件下评估。然而,它仍是两个害虫系统中的一份报道,关于昆虫病原真菌中真菌病毒效应的更广泛文献仍太有限且方向太混合,无法支持一般结论。

5.3 医学相关真菌中真菌病毒的新兴图景

越来越多的研究关注影响临床重要真菌表型的真菌病毒。三个主要因素推动真菌病毒策略应用于人类真菌病原体:(i)易感真菌感染的免疫受损患者数量增加;(ii)可用抗真菌药物稀缺;(iii)常规农业实践的广泛环境压力导致抗真菌耐药性上升。

若干实验支持的观察提示真菌病毒可影响与临床真菌学相关的表型。Kinsella等人分析跨27属至少56种的75个临床分离株,从7个宿主中回收11个RNA真菌病毒基因组,证明临床收藏中实质的真菌病毒多样性,同时将生物学影响留待确定。在人类曲霉病主要病原Aspergillus fumigatus中,chrysovirus AfuCV41362在小鼠感染模型中产生显著低毒力,提供真菌病毒诱导的减毒可在哺乳动物感染背景中运作的实验证据。dsRNA polymycoviruses感染已显示增加A. fumigatus对Nikkomycin Z的敏感性,凸显利用病毒–真菌互作增强现有抗真菌剂效力的潜力。最后,从M. restricta临床分离株中鉴定的Malassezia restricta virus 40的真菌病毒dsRNA通过TLR3激活小鼠树突状细胞并诱导炎性细胞因子产生,证明真菌病毒可调节宿主免疫应答。

真菌病毒能否作为对抗人类真菌病原体的治疗剂?该问题由van de Sande和Vonk认真探讨,仍高度推测性并面临根本性生物、技术、监管和伦理障碍。以下概述的两个框架因此明确作为推测性长期假设而非转化策略呈现。二者均未在体内针对人类真菌感染测试,研究人员不知晓任何追求任一框架的临床前项目。研究人员提出它们是因为它们定义了在考虑基于真菌病毒的治疗之前必须克服的障碍。

个性化离体治疗(PEVT)策略是推测性的且尚未尝试。它将涉及从感染患者分离真菌病原体、在实验室条件下培养、引入充分表征的低毒力诱导真菌病毒(例如通过原生质体融合或接种纯化病毒粒子,如对DNA真菌病毒DsCDV1和SsHADV-1所证明),随后重新引入修饰菌株。障碍是实质性的,且以其目前形式可能 prohibitive。伦理上,该方法需要故意将可存活、被操作的真菌病原体重新引入免疫受损患者,其中减毒株仍可建立侵袭性疾病;此类首次人体程序的知情同意将难以构建。在生物安全方面,释放的菌株将是基因修饰病原体,能够环境逃逸和真菌病毒向环境真菌种群的 onward 传播,后果目前无法界定。从监管 standpoint,产品既非常规药物也非 established 细胞或基因治疗,没有机构有框架可评估患者特异性、病毒感染活真菌病原体;减毒必须对每个分离株显示稳定且不可逆,而目前无检测提供。此外,真菌病毒诱导的表型 frequently 宿主依赖并可跨菌株和物种显著变化,可能限制此类方法的可预测性和可转移性。例如,CHV1的木瓜蛋白酶样蛋白酶p29在其天然宿主C. parasitica中调节分生孢子形成、色素沉着和漆酶活性,但其在Magnaporthe oryzae中的异源表达不重现这些效应,凸显此类互作的宿主特异性本质。

病毒样颗粒(VLP)和dsRNA/siRNA递送策略同样假设性,尽管它们避免PEVT最严重的生物安全反对。它将涉及使用工程化VLPs作为载体,携带设计用于沉默病原真菌中毒力相关基因的dsRNA或siRNA分子。概念上,该方法避免操作和重新引入活真菌病原体的需要,同时建立在 established RNA递送技术之上。对该框架的间接支持来自基于RNAi的方法如喷雾诱导基因沉默(SIGS),已证明外源dsRNA可被真菌细胞摄取并触发必需或致病性相关基因的沉默。然而,向人类真菌病原体的转化需要真菌毒力网络的详细知识、高效靶向递送系统、足够的RNA稳定性以及最终在体内证明有效性和安全性。

两个框架代表遥远目标而非近期临床前景。明确的是,临床相关真菌中真菌病毒多样性日益增长的认识,结合分子病毒学和RNA递送技术的进步,为该领域未来创新提供概念基础。

6 结论与展望

基因组学和生物信息学的最新进展实质重塑了真菌病毒研究的范围和规模。协调的大规模基因组学倡议,加上生物信息学的进步,已将真菌病毒发现从轶事报道的集合转变为具有广泛进化、生态和医学意义的数据丰富科学学科。本综述的贡献在于将该学科置于One Health框架内,比较性阐述每种发现工作流程能检测和不能检测什么,并逐主题分级证据强度,而非将实验证明和计算推断置于同等地位。

从该综合中涌现若干主要结论:(i)rRNA耗竭的总RNA测序代表真菌病毒组发现最广泛且最无偏倚的HTS策略,但通过RT-PCR和dsRNA纯化的实验验证仍不可或缺;(ii)RNA真菌病毒的表观优势可能反映真实生物学,但也受针对DNA病毒的方法学偏倚塑造——一个值得系统性基于宏基因组DNA调查的优先缺口;(iii)跨王国水平病毒转移得到不同强度证据支持,从古老系统发育推断到当代实验证明,这些不同水平必须明确区分;(iv)在One Health连续统内,真菌病毒研究最稳健的应用涉及基于低毒力的生物防治,而临床真菌学中的治疗应用仍属推测性、未在体内测试并受目前未解决的伦理、生物安全和监管障碍约束。

展望未来,若干优先事项涌现以指导该领域未来十年。需要系统探索代表性不足的真菌分类群和生态位以揭示隐藏病毒多样性,而将病毒存在与表型结果联系的功能研究对理解因果关系仍必不可少。标准化数据报告、全面元数据存储和稳健宿主验证将增强可重复性和跨研究可比性。整合多组学数据集、反向遗传学平台和高分辨率表型分析将加速机制洞见。开发区分充分支持与初步发现的系统框架——如本文应用的明确证据校准方法——将提高未来综述和原始研究的科学严谨性。

总之,通过结合严谨方法学标准、多学科合作和战略优先化,研究人员可充分发挥真菌病毒的潜力,推进基础病毒学和应用One Health倡议。持续投资于发现、机制表征和实验验证对充分实现该快速演变领域的科学和实践前景至关重要。
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