The RNA virome of early metazoans sheds light on long-term virus-host relationships

問題提起
クテノフォア（櫛虫）とプラコゾア（扁平動物）は、動物界において最も初期に分岐した系統の2つであり、動物の進化における重要な転換点を示す独自の解剖学的および発生学的特徴を有している。その進化的重要性にもかかわらず、これらの生物に関連するRNAウイルス・ヴィロームについては、依然として十分に特徴付けられていない。過去の大規模な解析では、これらのグループは他の無脊椎動物門と比較してウイルス多様性が少ない可能性が示唆されていたが、そのような研究の多くは直接的なメタゲノム標的化を欠いていた。重要な未解決の問いは、これらの古代の宿主に関連するウイルスが、動物の進化を通じて長期的な共分岐を反映して基底的な系統学的地位を占めているのか、あるいは水圏環境内での最近の種間伝播（ホスト・ジャンプ）の結果であるのかという点である。

方法論
著者らは、NCBI Sequence Read Archive (SRA) から利用可能な公開トランスクリプトームデータの包括的なマイニングを行った。データセットは、クテノフォア由来の203個、プラコゾア由来の28個を含む計211個のシーケンシングライブラリで構成されており、これには12個のシングルセル・ライブラリも含まれている。解析ワークフローは以下の通りである：

1. データ処理： 品質トリミング、および MEGAHIT を用いたリードの de novo アセンブリ。
2. ウイルス同定： アセンブルされたコンティグを、RNA依存性RNAポリメラーゼ (RdRp) データベースおよび参照ウイルスデータベース (RVDB-prot) に対してスクリーニングした。推定されるウイルスコンティグは、さらに NCBI の非冗長 (nr) およびヌクレオチド (nt) データベースに対する BLAST 検索によって注釈付けられ、配列が 600 nt 以上であり、かつ保存されたウイルスドメイン（例：RdRp、カプシドタンパク質）を含むことが条件とされた。
3. 存在量フィルタリング： インデックスホッピングによるアーティファクトを軽減するため、存在量が最大観測値の 0.1% 未満のウイルスコンティグは除外した。
4. 系統解析： RdRp アミノ酸配列に基づき、IQ-TREE を用いて最大尤度 (ML) 木を推定した。深い進化関係と長い枝の問題に対処するため、本研究では 3DiPhy 手法を用いてタンパク質構造情報を組み込んだ。これは、AlphaFold3 によって予測されたタンパク質構造（特に糖タンパク質、ヘリカーゼ、および RdRp）を 3Di 配列に変換し、3Di 構造文字とアミノ酸配列を組み合わせた分割系統解析を行うプロセスである。
5. 構造モデリング： 糖タンパク質の構造は AlphaFold3 を用いて予測され、既知の膜融合タンパク質（クラス I、II、III）と比較され、Foldseek を用いて構造相同性を評価した。

主な結果
本研究では、11のウイルスグループにわたる26個の推定新規RNAウイルスを特定し、いくつかの科の既知の宿主範囲を大幅に拡大した：

• 多様性： 新規ウイルスは、Flaviviridae、Chuviridae、Lispiviridae、Marnaviridae、Birnaviridae、Endornaviridae、Mymonaviridae、Narnaviridae、Phasmaviridae、Orthomyxoviridae、Orthototiviridae、および未分類の Picornavirales に分類された。
• 系統学的パターン：
  • 基底系統： いくつかのウイルス、特に Flaviviridae 内のウイルス（具体的には Beroe ovata における新規の Orthoflavivirus 様ウイルス）、Chuviridae、Lispiviridae、および Marnaviridae は、深い分岐を示した。新規のクテノフォア Lispiviridae ウイルスは、同科の中で最も基底的な枝を占めており、新規の Flaviviridae ウイルスは、魚類ウイルスを含む Orthoflavivirus の姉妹クレードを形成した。フラビウイルスのエンベロープタンパク質の構造系統学は、他の系統に対する早期の分岐を支持した。
  • 最近の多様化： Birnaviridae、Endornaviridae、Mymonaviridae、Narnaviridae、Phasmaviridae、Orthomyxoviridae、Orthototiviridae、および一部の Picornavirales 内のウイルスは、無脊椎動物、植物、真菌、または環境サンプルからの配列とクラスターを形成しており、古代の共分岐よりも最近のホスト・ジャンプと一致するパターンを示した。
• 宿主範囲の拡大：
  • Endornaviridae と Narnaviridae がプラコゾアから検出され、植物、真菌、および卵菌類から初期分岐動物への既知の宿主範囲を拡大させた。
  • Chuviridae（特に Piscichuvirus 様ウイルス）がクテノフォアで発見され、魚類、爬虫類、および甲殻類ウイルスが支配的なクレードとの関連性が示された。
  • ウイルスは胚、アボール器官（口部器官）、および櫛列を含む様々な組織から検出され、初期の発達段階でも感染が起こり得ることを示唆している。
• 汚染に関する注意点： プラコゾアのライブラリから、Zymoseptoria tritici fusavirus 1 と同一の fusavirus 配列が見つかったが、これは真菌による汚染（約17%の真菌ライブラリ組成と一致）である可能性が高い。

意義と主張
本論文は、初期分岐動物におけるRNAヴィロームの最初の広範な特徴付けを提供し、「大部分が未解明の多様性」を明らかにしていると主張している。知見は、これらの宿主におけるRNAウイルスの進化史が複雑であることを示しており、以下の混合によって特徴付けられる：

1. 長期的な関連： Lispiviridae や Flaviviridae のように、基底的な系統学的地位を占めるウイルスによって裏付けられており、動物の進化全体にわたる潜在的な共分岐を示唆している。
2. ホスト・ジャンプ： 植物、真菌、他の無脊椎動物などの遠縁の宿主とクラスターを形成するウイルスによって裏付けられており、水圏環境における種間伝播がウイルス多様性の重要な駆動力であることを示している。

本研究は、配列の類似性のみでは不十分な深い枝を解明するために、構造系統学 (3Di) が極めて重要であることを強調している。一方で、著者らは、支持値が低い高度に分岐した配列に対する決定的な分類学的割り当てについては、控えめな姿勢を維持している。初期のメタゾアは古代のウイルス系統の排他的な貯蔵庫ではないが、古代の共進化の歴史と最近の生態学的伝播イベントが共存するダイナミックな環境であることも示されている。