綠藻基因組中有時含有整個巨型病毒的DNA。 圖片來源： AMI IMAGES

2003年，科學(xué)家在病毒世界里發(fā)現(xiàn)了巨大的東西：一些大到用標準顯微鏡就能看到的病毒。當(dāng)時，這些巨大的寄生者被認為是罕見的，但后來研究證明，它們比預(yù)想的更常見。據(jù)《科學(xué)》報道，現(xiàn)在，研究人員已經(jīng)在幾種常見藻類的基因組中發(fā)現(xiàn)了完整的巨型病毒基因組。這一發(fā)現(xiàn)表明，這種奇怪的病毒群比科學(xué)家想象的更多產(chǎn)，也更具有潛在的影響力。

“這些病毒為宿主貢獻的DNA數(shù)量和基因多樣性令人震驚。”未參與這項工作的美國康奈爾大學(xué)基因組生物學(xué)家Cedric Feschotte說，“大量遺傳物質(zhì)的注入”可能會影響宿主的新陳代謝和生存。

典型的病毒沒有足夠的基因以獨立生存，它們必須依賴其宿主——無論細菌、人類細胞還是其他有機體。病毒通過讓宿主復(fù)制它們的遺傳物質(zhì)和制造自我復(fù)制所需的蛋白質(zhì)進行繁殖。因此，今年早些時候，當(dāng)發(fā)現(xiàn)巨型病毒含有似乎不需要的基因，即對細胞代謝很重要但對病毒代謝不重要的DNA片段時，研究人員感到很驚訝。

弗吉尼亞理工學(xué)院微生物學(xué)家Frank Aylward及其博士后Mohammad Moniruzzaman對這一謎團進行了研究，將在巨病毒DNA中發(fā)現(xiàn)的基因與之前在其他基因組中發(fā)現(xiàn)的基因進行了匹配。“病毒匹配不斷出現(xiàn)在藻類基因組中。” Aylward說。

因此，這對搭檔和同事系統(tǒng)研究了代表綠藻類植物所有測序DNA的基因組。研究小組日前在《自然》上報道稱，這些物種的DNA中存在一種完整的巨型病毒。

總的來說，這些病毒在藻類中添加了78到1782個基因。兩種藻類的DNA中甚至含有兩種巨型病毒的全部基因組，其中一種占藻類總基因數(shù)的10%。

目前尚不清楚為什么這些病毒會將DNA“埋伏”到宿主的基因組中，而不是在細胞內(nèi)復(fù)制。這可能是病毒確保其遺傳物質(zhì)代代相傳的一種方式。艾滋病病毒和其他病毒也是將基因整合到人類DNA中，這是它們很難被免疫系統(tǒng)或藥物消滅的原因之一。

研究人員發(fā)現(xiàn)，其中一些巨型病毒可能已經(jīng)存在了數(shù)百萬年。事實上，一些病毒DNA在基因中獲得了被稱為內(nèi)含子的非編碼DNA。它們的一些基因現(xiàn)在被復(fù)制或丟失了，這種變化不太可能發(fā)生在僅漂浮于藻類細胞中的病毒身上。

“他們提出了一個確鑿的案例，即鑒定的病毒序列很可能是宿主基因組的一部分。” 德國馬克斯·普朗克醫(yī)學(xué)研究所環(huán)境病毒學(xué)家Matthias Fischer表示。

“我對這種巨型病毒（合并）能夠發(fā)生并廣泛傳播感到驚訝。”植物和微生物學(xué)研究所微生物學(xué)家Chuan Ku補充說。Ku已經(jīng)搞清了一種感染名為Emiliania huxleyi的微小藻類的巨型病毒的生命周期。“研究這種（結(jié)合）是否會對（宿主）基因組進化產(chǎn)生持久的影響是很有趣的。”

藻類中的病毒DNA甚至可包括從其他藻類中截取的基因。因此，加拿大達爾豪斯大學(xué)進化生物學(xué)家Andrew Roger說，這些巨型病毒可能是在物種間傳遞基因的一種方式。所有這些新的DNA可以使宿主基因組發(fā)揮新功能，提高藻類生存能力，并可能塑造了藻類的多樣性和分布。

“這些相互作用從生命開始就一直在進行。” Fischer補充道，“它們繼續(xù)在細胞進化中扮演重要角色。”

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-020-2924-2