性别以宿主特异性方式塑造蚊虫病毒组(virome):两种重要媒介蚊种病毒组结构的比较宏基因组学研究

《Journal of Virology》:Sex influences the mosquito virome in a host-specific way

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年11月07日 来源:Journal of Virology 4.1

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  摘要翻译 蚊虫携带多种真核病毒。这些病毒群落(virus community),即病毒组(virome),可能调控蚊虫的生理过程(包括病原体传播)。然而,塑造病毒组的影响因素仍未得到充分研究,这限制了人们对病毒组在蚊虫生物学中作用的理解。在此,研究人员评估了

  
摘要翻译

蚊虫携带多种真核病毒。这些病毒群落(virus community),即病毒组(virome),可能调控蚊虫的生理过程(包括病原体传播)。然而,塑造病毒组的影响因素仍未得到充分研究,这限制了人们对病毒组在蚊虫生物学中作用的理解。在此,研究人员评估了性别对蚊虫真核病毒组的影响。雄性与雌性之间的生态差异(例如雌蚊特有的吸血行为)可能导致差异性的病毒暴露及病毒组结构。研究人员在致倦库蚊(Culex quinquefasciatus)与埃及伊蚊(Aedes aegypti)——两种主要的人类病原体传播媒介——的共域分布(sympatric)种群中研究了性别效应。研究期间,研究人员在布基纳法索(Burkina Faso,西非)的多个生境中共采集5,743只蚊虫。对115个混合样本(pool)进行鸟枪法测序(shotgun sequencing),揭示了来自28个病毒科的47个病毒分类单元(viral taxonomic unit,VTU)。两种蚊虫的病毒组存在差异,从而得以在种内分析性别效应。在两种蚊虫中均观察到性别间beta多样性(beta diversity)的显著差异,而alpha多样性(alpha diversity)的差异仅在致倦库蚊中显著。此外,研究人员鉴定出5个与性别相关的指示病毒(indicator virus),其在分类学上多样,且包含2个新病毒种。大多数指示VTU在两种性别中均有发现,但感染率(infection rate)不同。其低流行率(prevalence)提示,基于性别的差异并非存在于所有个体中,而是可在群体水平被检测到。研究人员的发现揭示了性别能够影响蚊虫病毒组,且这一效应取决于蚊虫种类。此外,研究结果提供了两种具有重大公共卫生意义的蚊虫种类中病毒组结构随性别变化的首个模型。

重要性(Importance):蚊虫携带大量不能感染人类的病毒,但这些病毒可影响蚊虫与威胁人类健康的病原体之间的互作方式。然而,在自然环境中塑造这些病毒群落的影响因素仍知之甚少。在此,研究人员调查了雄性蚊虫与雌性蚊虫所携带的病毒是否有所不同。由于雄性与雌性具有截然不同的生态与生理特征(例如雌蚊吸血),性别可能影响病毒组。研究人员检查了在布基纳法索大量采集的两种主要疾病媒介——埃及伊蚊(Aedes aegypti)与致倦库蚊(Culex quinquefasciatus)——的病毒组,并采用宏基因组学(metagenomics)进行筛查。研究发现,雄性与雌性携带不同的病毒群落,且这些差异因蚊虫种类而异。这些模式并非由性别专属病毒驱动,而是由在两种性别中流行率不同的病毒所驱动。研究人员的发现揭示了野外环境中性别对蚊虫病毒组的影响,并为蚊虫–病毒互作提供了新的见解。
论文解读

研究背景与意义

蚊虫是多种病原体(包括虫媒病毒(arbovirus))的传播媒介,其对人类健康的威胁预计随人口增长、城市化、人类流动与气候变化而加剧,但现有虫媒病毒控制工具仍然有限,促使研究人员探索蚊虫病毒组(virome)对虫媒病毒传播的影响这一替代途径。在二代测序技术出现之前,人们对蚊虫病毒多样性的认知主要局限于虫媒病毒及少量不感染脊椎动物的病毒(如昆虫特异性病毒(insect-specific virus,ISV));此后的研究揭示蚊虫病毒组具有极高的分类学多样性,大多数病毒为RNA病毒,并可能从多个层面影响蚊虫生理及病毒流行病学——例如有先驱研究证实,埃及伊蚊(Aedes aegypti)的病毒组在自然条件下可影响登革病毒的流行。然而,病毒组生态学数据依然匮乏,限制了对病毒组在蚊虫生物学中作用的理解。性别是一个尤为关键的影响因素:雌蚊是唯一能向脊椎动物传播病毒的性别,两性在摄食行为(仅雌蚊吸血)、免疫基因表达、寿命及扩散距离等方面存在差异,可能导致差异性的病毒暴露与易感性;但病毒亦可经交配传播、垂直传播及共享食物或生境在两性间流动,且此前唯一针对近缘温带库蚊(Culex pipiens)的研究未发现病毒组的显著性别差异。因此,在控制蚊虫种类与生境等混杂因素的前提下,以大样本系统评估性别对蚊虫病毒组的影响十分必要。

研究内容与结论意义

研究人员以布基纳法索(Burkina Faso)共域分布(sympatric)的致倦库蚊(Culex quinquefasciatus)与埃及伊蚊为对象,在实验设计中纳入蚊虫种类与生境两个已知影响因素以排除混杂,通过大样本采集与鸟枪法宏基因组测序(shotgun sequencing)分析两性真核病毒组。研究得出:性别显著影响两种蚊虫的病毒组beta多样性(beta diversity),而alpha多样性(alpha diversity)的差异仅在致倦库蚊中显著,表明性别效应具有宿主种类特异性;同时鉴定出5个与性别相关的指示病毒(indicator virus),其中多数在两性中均可感染但感染率不同,提示性别差异主要源于病毒流行率差异而非性别专属病毒。该结果为两种重大公共卫生意义蚊虫提供了首个依赖性别建模的病毒组结构模型,为假设驱动的媒介病毒研究与新型防控策略奠定基础。

主要技术方法(约250字)

研究人员主要采用以下关键技术方法:(1)病毒粒子富集的宏基因组学流程:经核酸酶处理富集病毒保护性核酸,过滤宿主rRNA及接头、低质量序列后进行双轮从头组装(Megahit、CAP3),并以Diamond比对NCBI nr数据库鉴定病毒contig;(2)基于Snakevir与ViralOuProphet工具的VTU聚类及针对index hopping与对照污染的多重过滤;(3)基于广义线性混合模型(GLMM)的alpha多样性分析与基于置换多元方差分析(PERMANOVA)及Bray-Curtis距离的beta多样性分析;(4)基于IndVal指数的指示物种分析。样本队列来源于布基纳法aso西部与西南部6个区域、19个采样点(涵盖城市与农村两类生境)采集的5,743只蚊虫,混合为137个pool,其中115个文库纳入最终分析。

研究结果

测序产出:测序共产生4.2亿条reads,病毒reads约1,300万条(占总reads的3%);每文库病毒reads数在雌雄间差异极显著(雄性合计1,050万条,雌性250万条;P < 3.05 × 10?16);分析生成723条病毒contig,归属99个VTU,稀疏曲线(rarefaction analysis)显示测序深度足以捕获大部分病毒多样性。

病毒组在分类学上多样且具有结构:整合数据集包含115个文库与47个VTUs(对应537条contig),分属28个family-like cluster,涵盖19个病毒目;92%的VTU为RNA病毒(其中51%为正义单链RNA病毒),8%为DNA病毒;reads分布高度不均,仅5个VTU即贡献50%的病毒reads;13个VTU不含与参考序列氨基酸一致性超过90%的contig,被推测为新病毒种。

蚊虫种类对病毒组的影响:病毒组首先按蚊虫种类聚类;致倦库蚊中检测到的VTU数量(40个)多于埃及伊蚊(20个),两者共享27.7%的VTU;两种蚊虫的物种丰富度、Shannon指数与逆Simpson指数(InvSimpson)差异均极显著;PERMANOVA表明蚊虫种类解释总变异的47.5%,超过性别(1.6%)、年份(2.5%)与生境(1.8%)。

每种蚊虫中病毒组的多样性与结构:为避免混杂,两种蚊虫被分别分析。致倦库蚊中,雄性的VTU丰富度及Shannon、InvSimpson指数均显著高于雌性(P = 2.6 × 10?12等);beta多样性分析中性别解释5.6%的方差,为纳入变量中最高;城市生境VTU更丰富,生境效应主要见于2020年。埃及伊蚊的三种alpha多样性指数在性别间均无显著差异;beta多样性中性别解释6.7%的方差(仅次于年份的19.3%);生境效应同样仅在2020年显著。

蚊虫病毒组的性别指示物种:鉴定出5个指示VTU,全部与雄性相关,分类多样(含单链与双链RNA病毒),其中2个为新病毒种;其中4个指示VTU在两性中均有发现,致倦库蚊3个共有指示VTU在雄性群体中的感染率显著更高;此外还发现6个仅见于单一性别的VTU(4个仅雄性、2个仅雌性)。

新病毒的系统发育:4个性别相关新病毒得到系统表征,分别为Bejuita病毒(近缘Tomusviridae样病毒,基因组双节段,分别编码RdRp与衣壳蛋白)、Nika病毒(近缘罗氏沼虾(Macrobrachium rosenbergii)nodavirus,contig编码RdRp与B2蛋白)、Joly病毒(近缘Virgaviridae样病毒,单节段9.9 kb,RdRp与Hubei virga-like virus 21约60%氨基酸一致性)以及Atona病毒(可能属Spinareoviridae,检测到8个节段,基于衣壳蛋白构建系统发育树)。

讨论与结论

讨论部分,研究人员指出本研究是少数利用重复采样点、多年份与大样本量设计揭示病毒组影响因素的研究之一。性别的解释力有限(两种蚊虫中均约解释6%的方差),大部分变异仍未解释,可能源于随机事件或未被纳入的环境、宿主与病毒因素(如未测定的蚊虫年龄);其他局限还包括:地理范围有限、无法验证pool内宿主遗传结构、宏基因组灵敏度可能导致性别特异性病毒检测出现假阴性、pool层面的分析无法揭示个体水平的共感染模式。低感染率(1%—2%)提示性别差异往往无法通过比较单只雌雄蚊检测,而需在群体水平识别,这与"个体尺度随机过程主导、群体尺度确定性过程主导"的认识一致。

结论部分(译文):总体而言,本研究提出了首个依赖蚊虫性别的病毒组组装模型:携带不同性别的蚊虫群体拥有不同的病毒组,这些差异主要与可感染两性的病毒在感染率上的变化有关,且基于性别的差异取决于所考虑的蚊虫种类。该模型尚属初步、有待进一步验证,但可作为提出可检验假设的基础;研究所鉴定的指示病毒可能在不同性别中对蚊虫生理具有特异性影响,未来研究可进一步探讨此类性别特异性互作及其对病原体传播的潜在影响。
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