内源性逆转录病毒在小鼠基因组中的进化与适应性（Endogenous Retroviruses in Mouse Genomes: Evolution and Adaptation）

《Journal of Virology 4.0》：Intact, recombinant, and spliced forms of endogenous mouse mammary tumor viruses in inbred and wild mice

本研究深入剖析了小鼠内源性逆转录病毒（ERVs）的分布、进化及与宿主的相互作用，揭示了其在小鼠基因组中的动态变化及潜在适应性机制。

　　 内源性逆转录病毒（ERVs）是整合到宿主染色体中的病毒基因组副本，它们在哺乳动物基因组中占据了相当大的比例，并在进化过程中与宿主形成了复杂的相互作用。本文通过对17种小鼠品系、亚种以及近缘种的基因组进行分析，鉴定出29种小鼠乳腺肿瘤病毒（MMTV）相关的内源性逆转录病毒（Mtvs），并对其在不同小鼠群体中的分布、结构变异以及进化历程进行了深入研究。

研究背景

内源性逆转录病毒（ERVs）是逆转录病毒在宿主细胞内复制过程中将其基因组插入宿主染色体后形成的永久性基因组组成部分。这些病毒遗迹不仅记录了过去的感染事件，还反映了病毒与宿主之间的共适应过程。小鼠乳腺肿瘤病毒（MMTV）是一种β逆转录病毒，其内源性形式（Mtvs）在小鼠基因组中广泛存在，并与多种疾病的发生相关。早期研究主要集中在实验室小鼠品系中Mtvs的分布，但对于其在野生小鼠中的分布、进化历程以及与宿主的相互作用仍知之甚少。

研究方法

研究人员利用最新的基因组测序技术，对12种经典近交系小鼠、4种野生小鼠亚种以及近缘种小鼠（Mus spretus）的基因组进行了全面筛查，寻找与MMTV相关的内源性逆转录病毒序列。通过与已知的MMTV基因组序列（如Mtv1，GenBank No. AF228550）进行比对，研究人员鉴定出了29种Mtvs，包括18种全长基因组、4种部分缺失的Mtvs、1种含有两个基因组的Mtvs以及6种由同源重组形成的单长末端重复序列（solo LTRs）。研究人员还利用PCR技术对37种近交系小鼠进行了进一步的筛查，以确定每种Mtvs在不同品系中的分布情况。此外，研究人员还对野生小鼠的DNA样本进行了分析，以了解Mtvs在野生小鼠群体中的地理分布和进化历程。

研究结果

1. Mtvs的分布与进化
   • 研究发现，15种实验室小鼠Mtvs在多个品系中普遍存在，反映了它们在近交系形成之前就已经存在。这些Mtvs大多在近交系形成之前就已经被Mus musculus domesticus的祖先所获得，但在野生小鼠中并未发现其正交同源物。相比之下，包括完整的Mtv1在内的4种Mtvs可能是较近期才内源化的。在野生小鼠中发现的14种Mtvs中，有一种在东南亚的广泛地理范围内分布。大多数Mtvs是全长的，并且具有多个开放阅读框（ORFs），但许多野生小鼠中的Mtvs具有一种不寻常的包膜（env）缺失，这种缺失对应于病毒rem辅助基因的一个内含子，表明其可能源自剪接的MMTV cDNA。这些缺失的env基因具有开放阅读框，分布在世界各地的小鼠中，并显示出亚种特异性的序列变异，与它们的反复生成一致。
   • 高度变异的MMTV sag基因（负责抵抗外源感染）显示出重组的证据以及正选择的迹象，与其在抗病毒防御中的作用一致。相比之下，Mtvs在Mus musculus群体中的传播并未表现出MMTV包膜与其细胞受体之间活跃的军备竞赛。
2. 野生小鼠中的Mtvs
   • 在对野生小鼠的DNA样本进行分析时，研究人员发现，除了在东南亚广泛分布的Mtv61外，大多数实验室小鼠中的Mtvs并未在野生小鼠中被检测到。这表明实验室小鼠中的Mtvs可能是在其祖先被驯化后才获得的。此外，研究人员还发现了一种特殊的env基因缺失，这种缺失与rem基因的一个内含子相对应，表明其可能源自剪接的MMTV mRNA。这种缺失的env基因在野生小鼠中广泛分布，并且具有亚种特异性的序列变异，表明其生成是一个反复发生的过程，而非罕见祖先事件的扩增。
3. 结构变异与进化分析
   • 研究人员对29种Mtvs以及从野生小鼠中克隆的MMTV序列进行了结构变异分析，发现了6种具有内部缺失的Mtvs和1种具有5'端截短的Mtvs。其中，最引人注目的是一种env基因的缺失，这种缺失与rem基因的一个内含子相对应，表明其可能源自剪接的MMTV mRNA。这种缺失的env基因在野生小鼠中广泛分布，并且具有亚种特异性的序列变异，表明其生成是一个反复发生的过程。此外，研究人员还对MMTV env和sag基因进行了系统发育分析，发现env基因的变异并未显示出与宿主小鼠的亲缘关系一致的聚类模式，而sag基因的C末端高度变异，并且在不同小鼠品系中存在多种sag/Mls特异性。研究人员还对sag基因进行了重组和正选择分析，发现sag基因存在两个重组断点，将其分为三个片段（A-C）。片段A和B中发现了多个正选择位点，而片段C（编码高度变异的C末端）则未发现正选择位点。

研究结论

本研究通过对小鼠基因组中内源性逆转录病毒（Mtvs）的全面分析，揭示了其在小鼠群体中的分布、结构变异以及进化历程。研究发现，大多数实验室小鼠中的Mtvs在近交系形成之前就已经存在，并且可能源自Mus musculus domesticus的祖先。这些Mtvs在野生小鼠中的分布相对有限，表明其在小鼠进化过程中是一个相对较新的事件。此外，研究还发现了一种特殊的env基因缺失，这种缺失与rem基因的一个内含子相对应，表明其可能源自剪接的MMTV mRNA，并且这种缺失在野生小鼠中广泛分布，显示出亚种特异性的序列变异。这些发现表明，内源性逆转录病毒在小鼠基因组中的进化是一个动态的过程，涉及到基因重组、正选择以及与宿主的复杂相互作用。未来的研究将进一步探索这些内源性逆转录病毒在小鼠疾病发生中的作用以及它们与宿主免疫系统的相互关系。