Nature：新冠病毒基因组重组并不常见，但集中发生在它的刺突蛋白编码区域

在一项新的研究中，来自美国加州大学圣克鲁兹分校等研究机构的研究人员对数百万个SARS-CoV-2基因组的分析发现，该病毒的重组并不常见，但当这种重组发生时，它最常发生在该病毒的刺突蛋白区域，该区域使这种病毒能够附着并感染宿主细胞。相关研究结果于2022年8月11日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Pandemic-Scale Phylogenomics Reveals The SARS-CoV-2 Recombination Landscape”。

这项新的研究详细介绍了这些作者开发的一个新软件，用于搜索COVID-19系统发育树，即SARS-CoV-2病毒的进化历史图，以寻找重组的发生。这个软件是开源的，允许公共卫生官员使用它来追踪他们社区内的重组情况。

当这种病毒的两种遗传上不同的形式发生杂交时，就会发生重组。这项新研究着重关注可检测的重组，即杂交产生一个新的基因序列，而不是两个序列结合形成一个与现有序列相同的序列。

论文通讯作者、加州大学圣克鲁兹分校巴斯金工程学院生物分子工程副教授Russell Corbett-Detig说，“这对重建这种病毒的进化历史真的很重要。当出现重组时，它不是一棵树，而是许多树，能够准确地追踪这一点对于理解这种病毒的进化真的很关键。”

关于重组的研究结果

这些作者分析了160万个SARS-CoV-2基因组序列，发现了589个重组事件，这表明只有大约2.7%被测序的基因组是由重组造成的。这些序列来自加州大学圣克鲁斯分校SARS-CoV-2浏览器，这是一个SARS-CoV-2基因组数据的储存库，现在是有史以来最大的单一物种的基因组序列集合，目前有近1200万个序列。

虽然这些结果显示，重组更频繁地发生在这种病毒的刺突蛋白区域，但目前还不知道其中的原因是什么。这有可能是一种机制偏差的结果，表明这是所有冠状病毒的自然趋势，即重组发生在包含刺突蛋白基因的病毒基因组的3'区域，或者说这种病毒的正向自然选择有利于重组发生在这个区域。

虽然重组确实发生了，但没有证据表明所产生的毒株更有可能具有流行病学上的重要性。事实上，大多数SARS-CoV-2重组变体都会消亡，就像这种病毒的成千上万种变体中的大多数一样。

这种主要由加州大学圣地亚哥分校助理教授Yatish Turakhia在Corbett-Detig实验室接受博士后培训期间编写的一款新软件实现了分析数百万个基因组序列所需的计算壮举。这款名为RIPPLES（Recombination Inference using Phylogenetic PLacEmentS）的软件可以有效地搜索SARS-CoV-2基因组的大规模系统发育树，以找到新序列似乎是该树的两个不同部分的组合的情况。这种称为UShER的SARS-CoV-2系统发育树是由加州大学圣克鲁兹分校的研究人员创建的，是全世界卫生官员用来追踪SARS-CoV-2变体在他们社区传播的主要工具。

图片来自Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-05189-9。

这些作者发现，重组最常以“长枝”的形式出现在SARS-CoV-2系统发育树上，使其看起来几个突变是按顺序发生的，这相当罕见。

Turakhia说，“在一种由数百万个序列组成的系统发育树上，你会发现这些长的分支，它们将可检测到的重组的可能实例减少到只有大约1万个分支。这些长的分支使系统发育树上的重组更容易被发现，这使这种新软件的性能得到有效发挥。”

Turakhia和他的团队的目标是继续提高RIPPLES的速度和性能，并开发可视化工具，使它更容易被更多人使用。

用于公共卫生

知道重组何时发生对于了解这种病毒序列的进化脉络至关重要。重组会使追溯某个特定序列的系统发育树的过程变得复杂，因为SARS-CoV-2重组变体的遗传物质是整个SARS-CoV-2系统发育树的两个区域连接在一起的结果。

这可以帮助政府官员了解一种看似较新的SARS-CoV-2谱系何时真正是首次引入的独立突变，或者说只是社区中已经存在的两个谱系的组合。从公共卫生的角度来看，了解重组发生的时间也很重要，因为它可能使这种病毒更善于躲避免疫反应。

此外，RIPPLES软件的可用性和易用性对基因组学专家和公共卫生官员都有积极意义，他们可以在短短几分钟内有效地搜索一组COVID-19基因组样本的重组。

Corbett-Detig说，“我们的研究工作取得成功的很大一部分原因是，从总体上看，该软件是非常容易获得的，而且计算成本很低。任何人都可以拿着他们的上百个新的SARS-CoV-2基因组序列，在笔记本电脑上只需几分钟就能找出是否有潜在的重组变体。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Yatish Turakhia et al. Pandemic-Scale Phylogenomics Reveals The SARS-CoV-2 Recombination Landscape. Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-05189-9.