《Veterinary Microbiology》：Endogenous retroviruses in livestock and poultry: From genomic invaders to beneficial allies
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阿里·肖艾布·莫阿瓦德（Ali Shoaib Moawad）|阿马尔·奥马拉（Amaal Omara）|李拓凡（Tuofan Li）|叶建强（Jianqiang Ye）
中国江苏省扬州市扬州大学兽医学院，教育部禽类预防医学重点实验室，江苏省预防兽医学重点实验室，邮编225009
阿里·肖艾布·莫阿瓦德（Ali Shoaib Moawad）|阿马尔·奥马拉（Amaal Omara）|李拓凡（Tuofan Li）|叶建强（Jianqiang Ye）
中国江苏省扬州市扬州大学兽医学院，教育部禽类预防医学重点实验室，江苏省预防兽医学重点实验室，邮编225009
摘要
内源性逆转录病毒（ERVs）是古代逆转录病毒感染的基因组残余，构成了家畜和家禽基因组中一个重要且动态的组成部分。本文综述了目前关于ERVs的双重作用：它们既是基因组不稳定性和疾病的驱动因素，也是驯化物种进化和创新的重要因素。我们详细介绍了ERVs的分类、结构和生命周期，强调了区分鸟类和哺乳动物谱系的独特基因组特征和宿主沉默策略，其中家禽基因组由于持续的抑制作用而保持较低的ERV负荷。然而，深入研究也揭示了ERVs的“阴暗面”，包括其插入突变的能力、导致疾病（如禽白血病）的风险以及人畜共患病风险（以猪内源性逆转录病毒（PERVs）为例）。另一方面，我们也讨论了如何将ERVs作为盟友加以利用，它们的插入可以创造出对经济至关重要的表型特征（如代谢、生长和独特表型），而驯化的病毒基因则支持胎盘发育和先天免疫等关键功能。最后，我们探讨了CRISPR-Cas9基因组编辑技术作为精确工具在沉默有害ERVs和利用其有益方面的潜力。因此，全面理解ERV生物学对于推进遗传改良、疾病抵抗力和家畜及家禽生产系统的可持续性至关重要。
引言
内源性逆转录病毒（ERVs）是古代逆转录病毒感染的基因组残余，它们通过孟德尔遗传方式整合到宿主DNA中并代代相传（Jern和Coffin，2008a）。这些序列起源于数百万年前感染生殖细胞的外源性逆转录病毒，现在构成了脊椎动物基因组的相当大一部分，包括家畜物种的基因组（Gifford和Tristem，2003）。ERVs根据其与已知逆转录病毒的相似性进行分类，大多数由于累积的突变、缺失和表观遗传沉默而失活（Johnson，2015）。然而，有些ERVs仍具有生物活性，影响基因调控、基因组进化和免疫反应（Chuong等人，2013）。ERVs的进化起源可以追溯到逆转录病毒对生殖细胞的感染，逆转录使得病毒RNA基因组整合到宿主染色体中（Boeke和Stoye，1997）。随着时间的推移，这些整合在种群中固定下来，一些ERVs通过再感染或逆转录转座而增殖（Mager和Stoye，2015）。
本文重点讨论了ERVs在家畜和家禽中的独特双重作用，强调了其在基因组学方面的最新研究进展、对经济重要表型的影响、对疾病风险的贡献以及新兴的生物技术应用。在这种情况下，ERVs发挥着关键作用，影响遗传多样性、疾病抵抗力和与农业生产力相关的表型特征。源自ERVs的重复序列在禽类基因组中广泛存在，占比从0.2%到3.6%不等。然而，家禽基因组中的内源性病毒元素频率仍比哺乳动物低6-13倍（Cui等人，2014）。近年来，ERV插入多态性的挖掘和应用研究逐渐受到重视，应用于家畜和家禽的生物多样性、基因进化和品种鉴定研究。它们的插入可以破坏或调节基因功能，导致生长率、繁殖能力和免疫反应的变化（Rebollo等人，2012）。例如，一些ERV衍生的增强子调节参与胎盘发育的基因，这对家畜的繁殖效率至关重要（Dunlap等人，2006）。此外，ERVs通过提供控制抗病毒防御机制的调节元件来促进先天免疫（Chuong等人，2016）。了解这些机制可以为旨在提高牛、猪和家禽疾病抵抗力的选择性育种计划提供信息。
ERVs在家畜中的另一个关键方面是它们在人畜共患病风险中的潜在作用。某些PERVs可以在体外感染人类细胞，引发异种移植的担忧（Denner，2021）。研究家畜基因组中的ERV活性有助于评估这些风险，并通过基因组编辑或选择性育种制定缓解策略。此外，ERVs作为有价值的遗传标记，可用于追踪特定品系的适应性和种群历史（Tarlinton等人，2006）。例如，家养和野生牛群之间ERV插入模式的差异可以揭示与驯化相关的基因组变化（Adelson等人，2009）。除了生物学意义之外，ERVs在生物技术应用方面也越来越受到重视。一些ERV衍生的启动子和包膜蛋白已被重新用于家畜基因工程中的基因传递系统。此外，基于CRISPR的基因组编辑工具允许研究人员操纵ERV位点，以研究其功能或沉默潜在的有害元素（Gootenberg等人，2017）。随着基因组技术的进步，ERVs将继续成为家畜和家禽研究的焦点，为基因组可塑性、适应性和新型育种策略提供见解。
章节片段
ERV家族
根据它们的聚合酶（pol）基因序列，ERVs被分为三类，与外源性逆转录病毒属相对应。I类ERVs在遗传上与γ逆转录病毒和ε逆转录病毒相关。II类ERVs与更广泛的群体同源，包括α逆转录病毒、β逆转录病毒、δ逆转录病毒和慢病毒。最后，III类ERVs特别与泡沫病毒相关（图1）。通常，在家畜和家禽中，I类和II类ERVs最为常见
ERVs的生命周期
动物基因组中含有许多来自过去病毒感染的进化残余。一个典型的例子是逆转录病毒，它们在逆转录其RNA后将其DNA整合到宿主基因组中（Coffin，1992）。然后，逆转录病毒利用宿主的细胞机制进行复制。在体细胞中，这会导致终生感染，因为整合的病毒DNA不会被清除。然而，如果生殖细胞被感染，这些整合的病毒基因组可以遗传给后代
主要家畜和家禽物种中的ERV特征
ERVs在各种物种（包括家畜和家禽）的基因组中占据了相当大的比例。图4显示了家畜和家禽基因组中ERVs的大致百分比，与人类和其他物种相比。不同物种之间的逆转录病毒含量存在进化差异。家禽物种的逆转录病毒基因比例明显较低（从家鹅的1.66%到珍珠鸡的2.73%不等）（Moawad等人，2025）
宿主如何沉默其ERVs
宿主与其内源性逆转录病毒（ERVs）之间的关系是一种动态且持续的进化冲突。虽然某些ERVs仍能产生转录本、蛋白质甚至逆转录本，但宿主基因组必须防御不受控制的ERV活动和新逆转录病毒整合所带来的基因组不稳定（Stoye，2001）。然而，这种防御必须精确调节，因为对ERV表达的过度激进免疫反应可能导致病理炎症
ERVs的阴暗面
先前逆转录病毒感染的持久遗产以内源性逆转录病毒的形式存在于脊椎动物基因组中，这是一把双刃剑。虽然某些元素已被驯化以造福宿主，但它们潜在的有害效应仍然存在，主要通过基因组不稳定性和免疫失调机制体现（Johnson，2019）。
ERVs插入作为驱动家畜和家禽经济性状的基因
比较基因组分析显示，家畜和家禽中的长非编码RNA（lncRNA）和蛋白质编码（PC）基因的内源性逆转录病毒含量存在显著且分类结构化的变异，如图6所示。值得注意的是，绵羊和山羊的ERV贡献度异常高（PC超过73%，lncRNA超过75%），与牛等动物相比（例如，牛约为24%），这表明可能存在品种特异性的ERV活性峰值
从入侵者到有益盟友的ERVs
ERVs在科学理解上经历了根本性的转变，从有害的基因组寄生虫和“垃圾DNA”转变为不可或缺的盟友和基因组的动态组成部分。这一范式转变表明，这些古老的病毒残余通过进化广泛适应，执行了许多重要的宿主功能，对家畜和家禽生物学具有深远的影响。它们的驯化为宿主提供了新的免疫、繁殖和表型工具
CRISPR-Cas9：21世纪用于编辑和沉默家畜和家禽中ERVs的基因组工具
家畜和家禽行业面临着来自内源性逆转录病毒（ERVs）的独特且持续的基因组威胁。在猪中，PERVs特别令人担忧，因为它们能够在体外感染人类细胞，构成显著的人畜共患病风险（Niu等人，2017；Yang等人，2015）。同样，在家禽中，与ALV相关的内源性禽类逆转录病毒可以影响疾病易感性、免疫抑制和整体生产力（Gallala等）
未来展望和研究方向
尽管在理解ERVs在家畜和家禽中的生物学和双重作用方面取得了显著进展，但仍有一些关键前沿问题需要解决，以便将知识转化为实际应用。未来的工作应集中在三个相互关联的领域：积极利用ERVs作为工具，克服当前控制技术上的不足，以及解决家禽与家畜之间的研究差距（Lee等人，2017；Tarlinton等人，
结论
内源性逆转录病毒（ERVs）在家畜和家禽的基因组中代表了深刻而动态的双重性，既作为进化的强大引擎，又对基因组完整性构成持续威胁。曾经被认为是单纯的“垃圾DNA”，ERVs现在显然是重要的基因组构建者，与驯化动物的生物学紧密交织。它们的独特进化轨迹——哺乳动物家畜通过重组积累了更高的ERV负荷
CRediT作者贡献声明
叶建强（Jianqiang Ye）：撰写——审稿与编辑，监督，项目管理。
阿马尔·奥马拉（Amaal Omara）：撰写——初稿，调查。
李拓凡（Tuofan Li）：撰写——审稿与编辑，验证，监督。
阿里·肖艾布·莫阿瓦德（Ali Shoaib Moawad）：撰写——初稿，调查，概念化。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
