中國疾控中心傳染病所張永振研究員帶領(lǐng)的人獸共患病室于2015年3月9日在《eLife》雜志第4卷第3期上發(fā)表題為“Unprecedented genomic diversity of RNA viruses in arthropods reveals the ancestry of negative-sense RNA viruses”的學(xué)術(shù)論文。eLife在同期發(fā)表了由國際權(quán)威遺傳進(jìn)化學(xué)家撰寫的“Are arthropods at the heart of virus evolution?”評論文章。國際著名學(xué)術(shù)期刊《Nature Reviews Microbiology》于4月13日發(fā)表了英國桑格研究所Astrid Gall博士撰寫的“充滿病毒的昆蟲―Bugs full of viruses”評論文章，再次高度評價了該論文的重要科學(xué)意義。
充滿病毒的昆蟲
Astrid Gall
這個月的‘基因組?t望’突顯了高通量測序是如何為我們提供對節(jié)肢動物病毒的多樣性、進(jìn)化，及其基因組結(jié)構(gòu)的新認(rèn)識。
節(jié)肢動物是動物界中最大的一個門，具有巨大的物種多樣性。它們主動與包括真菌、植物、脊椎動物等在內(nèi)大量生物相互作用。因而，在這一生態(tài)系統(tǒng)中，它們是病毒的源頭及匯集的地方。盡管如蚊和蜱等部分節(jié)肢動物是我們所非常熟知病毒性疾病的傳播媒介，但是我們對節(jié)肢動物病毒的整體遺傳多樣性及其進(jìn)化還知之甚少。采用高通量測序，最新的研究對節(jié)肢動物病毒的多樣性、進(jìn)化、及其基因組結(jié)構(gòu)提供了新的認(rèn)識。
李等對在中國采集的節(jié)肢動物所攜帶負(fù)鏈RNA病毒進(jìn)行了研究。他們一共對包括蚊、蠅、蟑螂、水黽、蜱、蜘蛛、蝦、蟹、以及馬陸等在內(nèi)的70種節(jié)肢動物進(jìn)行了檢測。通過RNA測序、重新拼裝、及相似性搜尋，他們發(fā)現(xiàn)了112種獨(dú)特的負(fù)鏈RNA病毒的RNA依賴RNA聚合酶（RdRp）序列，其中部分病毒將至少可以分為16個新科。系統(tǒng)發(fā)生分析顯示大部分新發(fā)現(xiàn)的節(jié)肢動物病毒處于已知病毒的祖先位置，表明節(jié)肢動物病毒有可能是那些可引起脊椎動物和植物疾病病毒的進(jìn)化祖先。一些新的分枝填補(bǔ)了已知病毒科或?qū)匍g的系統(tǒng)進(jìn)化空白。尤為重要的是，新發(fā)現(xiàn)的病毒科 ― 楚病毒科（以長江流域命名），位于分節(jié)段病毒群和不分節(jié)段病毒群的中間，而且呈現(xiàn)出多種基因組結(jié)構(gòu)，從不分節(jié)段、雙節(jié)段，到環(huán)狀基因組。
這個研究也挑戰(zhàn)了我們對布尼亞病毒科生物學(xué)的理解，布尼亞病毒科包含許多重要的蟲媒傳播RNA病毒。之前描述的布尼亞病毒其基因組由小（S）、中（M）、大（L）三個片段組成，分別編碼核蛋白，糖蛋白和RdRp。除了RdRp，對新發(fā)現(xiàn)布尼亞病毒基因組也進(jìn)行了結(jié)構(gòu)蛋白基因的尋找。但是其中一些新發(fā)現(xiàn)的病毒，包括一組蜱攜帶的白蛉病毒屬病毒，它們的M片段好像缺失了。盡管還不能排除M片段的缺失是實驗過程造成的，這些結(jié)果還是挑戰(zhàn)了什么才代表一個完整病毒基因組的概念。Tokarz等在美國從叮咬人的蜱身上發(fā)現(xiàn)了另外四個新的布尼亞病毒，其基因組也同樣缺少M(fèi)片段。這個研究發(fā)現(xiàn)了與非脊椎動物和植物病毒類似的一個新單股負(fù)鏈RNA目病毒和三個新的單股正鏈RNA病毒，從而進(jìn)一步擴(kuò)大已知的節(jié)肢動物病毒譜。
李等所報道的楚病毒科病毒的環(huán)狀基因組結(jié)構(gòu)在負(fù)鏈RNA病毒里并不常見。環(huán)狀基因組結(jié)構(gòu)之前在DNA病毒中有報道，通過滾動循環(huán)擴(kuò)增和高通量測序相結(jié)合的方法可以獲得。Dayaram等使用這種方法在美國的蜻蜓和豆娘中發(fā)現(xiàn)了31種全新的復(fù)制相關(guān)蛋白編碼環(huán)形單鏈 (circular replication-associated protein encoding single-stranded, CRESS）DNA病毒。其中的7種和被稱為gemyvircularvirus的病毒類群非常相似。該類群中只有一種病毒的宿主是已知的（核盤菌，一種植物病原真菌），其他的病毒與動物糞便相關(guān)。該研究表明，分析生態(tài)系統(tǒng)中的頂級捕食者（比如蜻蜓），是一種高效的發(fā)現(xiàn)病毒（包括很多植物病毒）的辦法，因為這些病毒往往會累積在這些物種里。
這些研究中使用的沒有偏向性的高通量測序方法，無論對節(jié)肢動物病毒的多樣性還是對病毒進(jìn)化均提供了很多很有價值的觀點和見解。但是還是需要考慮到一些重要的限制因素。比如一些特定的樣品處理和高通量測序的步驟會影響到所發(fā)現(xiàn)的基因組類型和病毒的類別。另外，雖然許多完整的或部分的病毒基因組已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)，但還沒有嘗試分離這些病毒，或者分離失敗。最后，仍需要更多的究來確定這些節(jié)肢動物所攜帶的病毒在其他物種上是否有致病性，以及評估把節(jié)肢動物作為前哨納入監(jiān)測體系的益處。