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Nat Commun:英牛津大学科学家揭示逆转录病毒5亿年前已经存在

摘要 : 2017年1月10日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Communications》杂志在线发表了英国牛津大学古病毒学家Aris Katzourakis的一篇研究论文,论文报道了逆转录病毒可能在5亿年前便已进化形成,从而使得这种在医学和经济上都十分重要的病毒比科学家之前的预想“老”了5倍。

2017年1月10日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Communications》杂志在线发表了英国牛津大学古病毒学家Aris Katzourakis的一篇研究论文,论文报道了逆转录病毒可能在5亿年前便已进化形成,从而使得这种在医学和经济上都十分重要的病毒比科学家之前的预想“老”了5倍。

研究发现表明,逆转录病毒与它们的脊椎动物宿主一道从海洋来到了干燥的陆地。通过用新的数学方法计算一种古老的逆转录病毒株(被称为泡沫病毒)的年龄——这种病毒能够感染从狐猴到鱼的各类物种,研究人员指出,逆转录病毒最早是在距今5.5亿年前至4.6亿年前进化的。

Aris Katzourakis表示:“这些病毒本身与脊椎动物一样古老,并且比我们知道的其他病毒都要古老。”

迄今为止,科学家还没有工具能够计算如此古老的病毒的年龄,这是因为病毒基因中突变的自然积累掩盖了这些微生物的早期历史。

美国图森市亚利桑那大学进化病毒学家Michael Worobey表示:“你可以看到逆转录病毒在短时间内迅速进化,但这是新的证据,表明它们已经存在了数亿年的时间。”Worobey说:“我们正面临着对确定病毒年龄能力的限制。”

许多病毒都能够将基因组拷贝插入宿主的脱氧核糖核酸(DNA)中,而逆转录病毒尤其擅长这么做。如果宿主将病毒基因组传递给它们的后代,病毒就有效地成为动物遗传密码的一部分,并能够在时间的长河中传承下去。

科学家对越来越多的动物基因组进行了测序,进而发现了越来越多的此类逆转录病毒。大约8%的人类基因组是由逆转录病毒元素组成的,尽管随机突变已经使许多元素产生了惰性。

Katzourakis先前曾认为逆转录病毒已经感染了哺乳动物至少1亿年,并在2012年发表的一项研究中暗示,这种病毒可能更加古老。为了解决这个问题,他将目光转向了泡沫病毒。

泡沫病毒能够以迥然不同的毒株感染动物,这就使得这些病毒非常适合于研究逆转录病毒的历史,这是因为它们的历史可以通过分析其在宿主基因组中的痕迹加以获得。

通常情况下,科学家利用突变率计算两个生物体最后共享一个共同祖先的时间,进而构建进化树。更多的突变意味着两个物种分化以后经历了更长的时间。但Katzourakis在尝试对36种爬行动物和两栖动物(它们的祖先可能是第一个感染逆转录病毒的动物)的泡沫病毒进行测序时却遇到了麻烦。

当科学家研究长时间的病毒进化时,他们注意到用来计算突变率的数学公式使得病毒进化看起来好像减慢了速度。而实际上,病毒进化的速度在任何时期都是大致相等的。因此Katzourakis创建了一种数学公式,从而帮助他解释了病毒基因在进化速度上的这种差异。

这项分析使得Katzourakis与他的合作者、牛津大学古病毒学家Pakorn Aiewsakun将逆转录病毒的年龄延长至动物从海洋登上陆地的时代。

美国华盛顿州西雅图市Fred Hutchinson癌症研究中心逆转录病毒学家Michael Emerman认为,了解锁定在动物基因组中的逆转录病毒对于摸清病毒进化甚至脊椎动物的进化都是至关重要的。

比较不同物种基因组中的各种病毒可以告诉研究者更多关于新物种何时出现的信息。Emerman表示:“这是一篇非常棒的论文。它使用了几乎所有动物都有逆转录病毒及其与这些病毒一道进化的事实。你无法想象一个物种只进化自身而不进化它们的病原体。”

逆转录病是核糖核酸(RNA)病毒的一种,它们的遗传信息不是存录在DNA上,而是存录在RNA上,此类病毒多具有逆转录酶。逆转录病毒需在逆转录酶的作用下首先将RNA转变为cDNA,再在DNA复制、转录、翻译等蛋白酶作用下扩增。

原文链接:

Marine origin of retroviruses in the early Palaeozoic Era

原文摘要:

Very little is known about the ancient origin of retroviruses, but owing to the discovery of their ancient endogenous viral counterparts, their early history is beginning to unfold. Here we report 36 lineages of basal amphibian and fish foamy-like endogenous retroviruses (FLERVs). Phylogenetic analyses reveal that ray-finned fish FLERVs exhibit an overall co-speciation pattern with their hosts, while amphibian FLERVs might not. We also observe several possible ancient viral cross-class transmissions, involving lobe-finned fish, shark and frog FLERVs. Sequence examination and analyses reveal two major lineages of ray-finned fish FLERVs, one of which had gained two novel accessory genes within their extraordinarily large genomes. Our phylogenetic analyses suggest that this major retroviral lineage, and therefore retroviruses as a whole, have an ancient marine origin and originated together with, if not before, their jawed vertebrate hosts >450 million years ago in the Ordovician period, early Palaeozoic Era.

来源: Nature Communications 浏览次数:0

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