Science：新研究鉴定出5504个新的海洋RNA病毒，将已知的RNA病毒门类的数量增加一倍

在一项新的研究中，一个国际研究团队通过分析海洋中的遗传物质，鉴定出数千种以前未知的RNA病毒，并使被认为存在的病毒门类（phyla）的数量增加了一倍。相关研究结果发表在2022年4月8日的Science期刊上，论文标题为“Cryptic and abundant marine viruses at the evolutionary origins of Earth’s RNA virome”。

RNA病毒因其在人体内引起的疾病而最为知名，从普通感冒病毒到引起COVID-19的冠状病毒SARS-CoV-2。它们也感染对人类很重要的植物和动物。这些病毒以RNA而不是DNA的形式携带其遗传信息。RNA病毒的进化速度比DNA病毒快得多。虽然科学家们已经对自然生态系统中的数十万种DNA病毒进行了编目，但RNA病毒却相对没有被研究过。

然而，与人类和其他由细胞组成的有机体不同，病毒缺乏独特的可作为遗传条形码的DNA短链。没有这种条形码，试图在野外区分不同种类的病毒可能是一种挑战。

为了绕过这一限制，这些作者决定确定一种使病毒能够复制其遗传物质的特殊蛋白的编码基因。这是唯一一种在所有RNA病毒都存在的蛋白：RNA指导的RNA聚合酶（RNA-directed RNA polymerase, RdRp），因为它在它们如何自我传播方面发挥着重要作用。然而，每种RNA病毒在编码这种蛋白的基因上都有微小的差异，这有助于区分不同类型的RNA病毒。

RNA病毒组（RNA virome），图片来自Frontiers In Microbiology, 2017, doi:10.3389/fmicb.2017.02097。

因此，这些作者筛选了一个收集浮游生物RNA序列的全球RNA序列数据库，这些浮游生物是在为期四年的塔拉海洋探险（Tara Oceans expeditions）全球研究项目中收集的。浮游生物是任何小的可以逆流而上的水生生物。它们是海洋食物网的重要组成部分，是RNA病毒的常见宿主。他们的筛选最终确定了44000多个编码这种病毒蛋白的基因。

接下来，这些作者的下一个挑战是确定这些基因之间的进化联系。两个基因越相似，具有这些基因的病毒就越可能是密切相关的。由于这些序列在很久以前就已经进化了（可能早于第一个细胞），表明新病毒可能从一个共同的祖先中分裂出来的基因标志已经随着时间的推移而消失了。然而，一种称为机器学习的人工智能形式使得他们能够系统性地组织这些序列，并比人工完成的任务更客观地检测序列差异。

这些作者共确定了5504个新的海洋RNA病毒，并将已知的RNA病毒门类的数量从5个增加到10个。对这些新的序列进行地理绘图显示，其中的两个新门类在广阔的海洋区域特别丰富，对这些新的序列进行地理绘图显示，其中两个新的门类在广阔的海洋地区特别丰富，在温带和热带水域（Taraviricota，以Tara Oceans expeditions命名）或北冰洋（Arctiviricota）有区域偏好。

这些作者认为，Taraviricota可能是科学家们长期以来一直在寻找的RNA病毒进化中的缺失一环，它连接了RNA病毒的两个不同的已知分支，这两个分支在病毒复制方式上存在差异。

这些新的序列不仅有助于科学家们更好地了解RNA病毒的进化历史，而且有助于了解地球上早期生命的进化。

正如COVID-19大流行所显示的那样，RNA病毒可以引起致命的疾病。但是RNA病毒在生态系统中也发挥着重要作用，因为它们可以感染各种各样的生物，包括在化学层面影响环境和食物网的微生物。

绘制出这些RNA病毒在世界上的生存位置，有助于弄清它们如何影响驱动地球的许多生态过程的有机体。这项新的研究还提供了改进的工具，可以帮助科学家们在遗传数据库增长时对新病毒进行编目分类。

尽管发现了这么多新的RNA病毒，但要确定它们所感染的有机体仍然是一个挑战。这些作者目前也主要限于不完整的RNA病毒基因组的片段，部分原因是它们的遗传复杂性和技术限制。

这些作者的下一步将是弄清楚可能缺少哪些种类的基因，以及它们是如何随时间变化的。揭示这些基因可能帮助科学家们更好地了解这些病毒的工作机制。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Ahmed A. Zayed et al. Cryptic and abundant marine viruses at the evolutionary origins of Earth’s RNA virome. Science, 2022, doi:10.1126/science.abm5847.