《Science》海洋中新发现5500种RNA病毒

他们的分析发现了数千种新的RNA病毒，并将它们聚集在五个新的门中:Taraviricota, Pomiviricota, Paraxenoviricota, Wamoviricota和Arctiviricota。

　　

海水样本提供了RNA病毒数据的宝库

在世界各地收集的海水样本产生了关于RNA病毒的新数据宝藏，扩大了生态研究的可能性，重塑了我们对这些微小但重要的亚微观颗粒如何进化的理解。

将机器学习分析与传统的进化树相结合，一个国际研究小组发现了5500种新的RNA病毒，它们代表了所有5个已知的RNA病毒门，并表明至少需要5个新的RNA病毒门才能收录它们。

最丰富的门是Taraviricota。

俄亥俄州立大学微生物学教授Matthew Sullivan是该研究的第一作者，他说:“这里有这么多新的生物多样性，整个物种Taraviricota在海洋中都被发现了，这表明它们在生态上很重要。”

“RNA病毒显然在我们的世界中很重要，但我们通常只研究其中的一小部分——数百种危害人类、植物和动物的病毒。我们想要在非常大的范围内系统地研究它们，探索一个没有人深入研究过的环境，我们很幸运，因为实际上每一个物种都是新的，而且很多都是新的。”

这项研究于2022年4月7日发表在《Science》杂志上。

虽然微生物是地球上所有生命的重要贡献者，但感染或与之相互作用的病毒对微生物功能有各种各样的影响。这些类型的病毒被认为有三个主要功能:杀死细胞，改变被感染细胞管理能量的方式，以及将基因从一个宿主转移到另一个宿主。

研究人员说，更多地了解世界海洋中病毒的多样性和丰富性将有助于解释海洋微生物在海洋适应气候变化中的作用。海洋从大气中吸收一半的人类产生的二氧化碳，该小组之前的研究表明，海洋病毒是影响海洋中碳如何储存的生物泵的“旋钮”。

通过对RNA病毒进行分类的挑战，该团队进入了早期主要集中在RNA病毒病原体上的分类学分类工作仍有影响的水域。在Orthornavirae生物界，国际病毒分类委员会(ICTV)最近确认了5个门。

RdRp被认为是最古老的基因之一，它在需要DNA之前就存在了。所以我们不仅在追踪病毒的起源，也在追踪生命的起源。

虽然研究小组发现了数百种新的RNA病毒种类，它们与现有的这些种类相适应，但他们的分析还发现了数千种新的RNA病毒，并将它们聚集在五个新的门中:Taraviricota, Pomiviricota, Paraxenoviricota, Wamoviricota和Arctiviricota，像Taraviricota一样，拥有非常丰富的物种——至少在气候关键的北冰洋水域，这是世界上气候变暖最严重的地区。

Sullivan的团队长期以来一直在对海洋中的DNA病毒物种进行分类，将其数量从2015年和2016年的数千种增加到2019年的20万种。在这些研究中，科学家可以接触到病毒颗粒来完成分析。

在这些目前检测RNA病毒的努力中，没有病毒颗粒可供研究。相反，研究人员从漂浮在海洋中的生物中提取基因序列，并将分析范围缩小到包含一种名为RdRp的标志性基因的RNA序列，这种基因在RNA病毒中进化了数十亿年，在其他病毒或细胞中不存在。

因为RdRp的存在可以追溯到地球上第一次发现生命的时候，它的序列位置已经偏离了很多次，这意味着传统的系统发育树关系不可能仅用序列来描述。相反，该团队使用机器学习来组织44000个新的序列，以一种可以处理这些数十亿年序列分歧的方式，并通过展示该技术可以准确分类已经识别的RNA病毒序列来验证该方法。

“我们已经创造了一种计算可复制的方式来校准这些序列，我们可以更有信心，我们正在校准位置，准确地反映进化。”

利用序列结构和排列的3D表示进一步分析表明，5500个新物种的集群并不适合Orthornavirae王国现有的5个RNA病毒门。

“我们将我们的聚类与已建立的、公认的基于系统发育的分类群进行了比对，这就是我们如何发现我们的聚类比那些存在的聚类更多的原因，”俄亥俄州立大学微生物学研究科学家、EMERGE研究所研究负责人、共同第一作者Ahmed Zayed说。

总的来说，这些发现使得研究人员不仅提出了5个新的门，而且还提出了至少11个新的orthornaviran类RNA病毒。该小组正在准备一份提案，要求ICTV正式确定候选的门和类。

Zayed说，关于RdRp基因随时间的分化的新数据的程度，有助于更好地理解地球上早期生命可能是如何进化的。

“RdRp被认为是最古老的基因之一——它在需要DNA之前就存在了，”他说。“所以我们不仅在追踪病毒的起源，也在追踪生命的起源。”

“Cryptic and abundant marine viruses at the evolutionary origins of Earth’s RNA virome” by Ahmed A. Zayed, James M. Wainaina, Guillermo Dominguez-Huerta, Eric Pelletier, Jiarong Guo, Mohamed Mohssen, Funing Tian, Akbar Adjie Pratama, Benjamin Bolduc, Olivier Zablocki, Dylan Cronin, Lindsey Solden, Erwan Delage, Adriana Alberti, Jean-Marc Aury, Quentin Carradec, Corinne da Silva, Karine Labadie, Julie Poulain, Hans-Joachim Ruscheweyh, Guillem Salazar, Elan Shatoff, Tara Oceans Coordinators, Ralf Bundschuh, Kurt Fredrick, Laura S. Kubatko, Samuel Chaffron, Alexander I. Culley, Shinichi Sunagawa, Jens H. Kuhn, Patrick Wincker, Matthew B. Sullivan, Silvia G. Acinas, Marcel Babin, Peer Bork, Emmanuel Boss, Chris Bowler, Guy Cochrane, Colomban de Vargas, Gabriel Gorsky, Lionel Guidi, Nigel Grimsley, Pascal Hingamp, Daniele Iudicone, Olivier Jaillon, Stefanie Kandels, Lee Karp-Boss, Eric Karsenti, Fabrice Not, Hiroyuki Ogata, Nicole Poulton, Stéphane Pesant, Christian Sardet, Sabrinia Speich, Lars Stemmann, Matthew B. Sullivan, Shinichi Sungawa and Patrick Wincker, 7 April 2022, Science.
DOI: 10.1126/science.abm5847