Loss of replication and transcription systems accompanying transition to nucleus-dependent replication in Ariadnavirales, a proposed new order in nucleocytoviricot class Megaviricetes
本研究基于对 Sicyoidochytrium minutum DNA 病毒及其相关序列的发现，提议在巨噬病毒纲（Megaviricetes）中建立一个新的病毒目——Ariadnavirales，这些序列因丢失了自身的复制和转录机制，展现出向依赖宿主细胞核进行复制和转录的独特进化转变。
原始论文根据 CC0 1.0（https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/）发布到公有领域。 这是一篇未经同行评审的预印本的AI生成解释。这不是医疗建议。请勿根据此内容做出健康决定。 阅读完整免责声明
人们通常认为病毒是简单的寄生虫，通过劫持细胞机制来复制自身。对于携带双链 DNA 遗传物质的最大已知病毒而言，传统的观点认为它们在宿主细胞的细胞质（即填充在细胞核周围的胶状液体）中构建自己的工厂。这些病毒工厂使它们能够复制自身的遗传密码并制造新的病毒颗粒，而无需进入细胞的指挥中心——即存放宿主自身 DNA 的细胞核。这种独立性是被称为核质病毒科（nucleocytoviricots）这一庞大家族的特征之一，该家族包含了一些地球上最巨大的生物实体，由大量的双链 DNA 病毒组成。科学家长期以来一直假设，这些病毒携带了运行其自身复制和转录过程所需的完整指令集，本质上是在感染宿主后充当独立的机器。
然而，一项新研究发现，这类巨型病毒中存在一类似乎已经完全放弃了这种策略的病毒。通过搜索来自海洋和淡水环境的海量遗传数据，研究人员鉴定出了一个此前未知的病毒目，它们几乎丢失了所有用于复制自身 DNA 或读取自身遗传指令的基因。这些病毒似乎不再构建自己的工厂，而是完全依赖宿主细胞的细胞核来为它们完成工作。这一发现挑战了长期以来关于大型病毒具有自给自足能力的看法，并表明其进化历史更为复杂：一些巨型病毒选择了依赖于它们原本试图避开的那个指挥中心。
由美国国家卫生研究院和巴斯德研究所组成的领导团队，在开始调查时，首先关注的是一种名为 Sicyoidochytrium minutum DNA virus（简称 SmDNAV）的病毒。这种病毒最初是从一种名为毛囊类菌（thraustochytrid）的单细胞生物中分离出来的，后者属于海洋环境中发现的一类原生生物。在被发现之初，SmDNAV 是一个异类；它看起来像是一个巨型病毒，但与任何其他已知病毒的遗传相似性都极低。为了了解它在生命之树中的位置，团队利用计算机程序搜寻基因组数据库，寻找与 SmDNA-V 所含蛋白质相匹配的其他遗传序列。他们发现，在包括藻类以及来自海水和淡水栖息地的各种原生生物在内的其他单细胞生物的遗传数据中，隐藏着许多匹配项。
通过拼凑这些遗传片段，团队重建了数个与 SmDNAV 相关的病毒基因组。他们将这一新类群命名为“Ariadnavirales”，这是向神话中的公主阿里阿德涅（Ariadne）致敬，她曾帮助英雄忒修斯逃离迷宫，这也反映了这些病毒所感染的原生生物宿主那复杂且曲折的特性。这些病毒的基因组规模庞大，长度约为 20 万个碱基对，足以编码数百种蛋白质。然而，当研究人员检查这些基因组中的具体指令时，却发现了令人震惊的缺失。这些病毒丢失了几乎所有其他巨型病毒都使用的核心复制机制和转录机制的基因。具体而言，它们缺少了那些作为主要复制机器和遗传信息读取工具的酶。
这些病毒保留的仅有的信息处理工具是几种有助于组织和修复 DNA 的专门化蛋白质，但繁重的复制和转录任务却已消失。这种丢失表明，Ariadnavirales 已经进化到完全依赖宿主细胞核来复制其遗传物质。在一个增加了一丝神秘感的转折中，此前对 SmDNAV 感染细胞的观察显示，该病毒会导致宿主的细胞核消失，然而病毒仍能进行复制。这意味着一种独特的策略：病毒可能通过破坏核屏障来直接获取宿主的机制，或者在结构坍塌前先招募来自细胞核的必要工具。这种行为与已知其他病毒截然不同，后者要么带着自己的工具留在细胞质中，要么在保持细胞核完整的情况下进入细胞核进行复制。
这项研究还将这些病毒置于进化的图谱之中。通过比较所有巨型病毒共有的蛋白质（例如其外壳的构建模块），研究人员确定 Ariadnavirales 与另一组同样缺乏部分复制基因的病毒密切相关。它们共同构成了巨型病毒进化树上的一个深层分支，这表明这些必需基因的丢失发生在它们共同历史的早期阶段。研究人员指出，虽然其他一些小型病毒也丢失了这些基因，但它们的基因组要小得多。Ariadnavirales 的独特之处在于，它们在丢弃了最关键的操作工具的同时，仍保持了庞大的基因组规模。这种选择性的丢失表明这是一个复杂的进化路径，而非简单的退化。
研究结果还强调了病毒世界中仍有多少部分处于隐匿状态。这些新病毒并非发现于实验室培养物中，而是通过挖掘环境样本中的遗传数据而被发现的，这种技术揭示了海洋中隐藏的生命多样性。研究表明，依赖宿主细胞核的策略在巨型病毒中比此前认为的更为普遍，并出现在多个独立的谱系中。尽管这些病毒如何与宿主细胞核相互作用的具体机制尚不明确，但证据指向了一种生物实体的根本转变。它们用独立性换取了效率，依靠宿主的内部系统来完成其祖先曾经可以自主完成的工作。这一发现为病毒进化的灵活性以及独立生命形式与完全依赖宿主的生命形式之间的界限提出了新的问题。
您所在领域的论文太多了？
获取与您研究关键词匹配的最新论文每日摘要——附技术摘要，使用您的语言。