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测序周报 · 科研篇:有史以来携带最多蛋白翻译相关基因的巨病毒被发现

有史以来携带最多蛋白翻译相关基因的巨病毒被发现

巨病毒获得来自不同真核生物宿主细胞中的基因。图片来自Ella Maru studio

病毒在地球上广泛地存在,据估计,它们的数量是1031,是该星球上细菌数量的10倍,而且这一数字比银河系中的恒星数量还要多。巨病毒(giant virus)的特征具有异乎寻常大的基因组和病毒颗粒(包围着病毒的遗传物质)。它们能够编码几种潜在地参与蛋白生物合成的基因,这一独特的特征已让人们针对它们的起源提出不同的假说。不过, 在发现一组新的具有比之前已知的任何其他病毒更加完整的翻译复合体基因的巨病毒之后,来自美国能源部联合基因组研究所(JGI)、国家卫生研究院(NIH)、加州理工学院(CalTech)和 奥地利维也纳大学的研究人员认为这组巨病毒(被称作Klosneuvirus)显著地增加了我们对病毒进化的理解。相关研究结果发表在2017年4月7日的Science期刊上,论文标题为“Giant viruses with an expanded complement of translation system components”。

据预测,Klosneuvirus的宿主是原生生物(单细胞真核微生物),尽管迄今为止它们对原生生物的直接影响仍不清楚,但是它们被认为对这些有助调节地球上的生物地质化学循环的原生生物 发挥着重大的影响。

论文共同通信作者、NIH进化与计算生物学家Eugene Koonin说,“这一发现让我们对病毒进化获得新的认识,极大地扩大了我们对病毒在它们的进化期间能够捕获多少必需的宿主基因的理解 。鉴于蛋白合成是细胞生命的最为显著的特征之一,这就表明这些新的巨病毒要比之前观察到的任何病毒更加类似于细胞。”

自从2003年,科学家们已对巨病毒着迷。2003年,在Didier Raoult的领导下,一个法国生物学家小组发现了巨病毒Mimivirus。从那以后,少量的其他巨病毒也被发现。对这些巨病毒而言, 它们的独特能力在于它们编码参与翻译的蛋白(典型地从DNA到RNA再到蛋白),这让科学家们对巨病毒起源产生兴趣。之后,两种进化假设出现了。一种假设指出巨病毒由一种古老的细胞( 可能是来自灭绝的生物第四域的一种细胞,现有的生物分类是三域系统:古生菌、细菌和真核生物)进化而来。另一种假设指出巨病毒起源自较小的病毒。

论文共同通信作者、JGI微生物基因组学项目负责人Tanja Woyke认为,Klosneuvirus的发现支持后面的一种假设。她说,“在这种假说中,较小的病毒感染不同的真核生物宿主,在较长的时 间内通过分次捕获,获得来自独立来源的编码翻译复合体蛋白组分的基因。”

乍看之下,巨病毒Klosneuvirus中的这套“细胞”基因似乎具有一种相同的起源,但是当详细地分析这些基因时,这些研究人员观察到它们来自不同的宿主。从他们构建出的进化树来看,他们注意到这些基因是这组巨病毒在它们的不同进化阶段逐渐获得的。这些来自Klosneuvirus的基因含有19种必需氨基酸(必需氨基酸总共有20种)特异性的氨酰-tRNA酶,20多种tRNA、一系列翻译因子和tRNA修饰酶。这对所有病毒(包括之前已知的巨病毒)而言,这是一项史无前例的发现。

Woyke 和JGI博士后研究员Frederik Schulz在分析来自奥地利克洛斯特新堡(Klosterneuburg)小镇上的一个废水处理厂样品中的微菌落序列数据时,发现了巨病毒Klosneuvirus。这种数据 是JGI社会科学项目(Community Science Program, CSP)关注工业废水和生活污水处理中的硝化细菌多样性时产生的。Woyke说,“我们曾期待在微菌落序列数据中获得硝化细菌的基因组序列。发现一种巨病毒基因组将这个项目带往一种意料之外的但又激动人心的全新方向。”

当Schulz注意到这些宏基因组(所有微生物群体基因组的总和)中的几种来自病毒时,他和Woyke开展分析以便确定它们的来源。他们发现这组Klosneuvirus巨病毒来自一种新的病毒家族。巨病毒Mimivirus也属于这个病毒家族。

Schulz说,“分析容纳着上千种宏基因组的JCI整合微生物基因组与微生物组(Integrated Microbial Genomes & Microbiomes)系统中的序列数据,允许我们发现Klosneuvirus的进化亲缘关 系。”他注意到尽管Klosneuvirus的宏基因组发现有助解答重要的进化问题,但是它们的翻译系统的确切生物学功能仍然是不清楚的。要解答这一点,至少需要将这组巨病毒在实验室中与它 们的宿主一起培养。

Koonin认为在宏基因组数据中,还有更多的巨病毒等待人们去发现。他说,“我非常自信的是,巨病毒基因组大小的当前记录将会被打破。我们将看到巨病毒世界中真正的巨无霸。”

参考文献:

Frederik Schulz, Natalya Yutin, Natalia N. Ivanova et al. Giant viruses with an expanded complement of translation system components. Science, 07 Apr 2017, 356(6333):82-85, doi:10.1126/science.aal4657

来源:生物谷

本周科研进展

  1. 2017年4月6日,《Cell》在线发表北大-清华生命科学联合中心邓宏魁的研究论文。该研究在国际上首次建立了具有全能性特征的多潜能干细胞系,获得的细胞同时具有胚内和胚外组织发育潜能。邓宏魁研究组通过化学小分子筛选,开发了一种全新的培养体系,能够建立具有胚内和胚外发育潜能的小鼠和人干细胞系。
  2. 日前,美国杜克大学的研究人员开发出一种工具可帮助了解基因组“暗物质”如何和何时在基因调节的何处发挥作用。研究人员描述了一种高通量筛选技术:利用CRISPR-Cas9表观基因组编辑鉴定人细胞基因组中的调节元件。这篇论文于2017年4月3日在线发表在Nature Biotechnology期刊上。
  3. 日前,来自中国和澳大利亚的科学家分析了迄今为止最大规模的中国藏族人群基因组样本,进而发现了7种新的基因,它们能够帮助藏族人调整并适应高海拔地区,从而获得更高的身体质量指数(BMI)并促进身体生成维生素叶酸。研究人员在4月3日出版的美国《国家科学院院刊》上报告了这一研究成果。
  4. 近日,《自然》杂志官方网站上报道了一项最新研究——老年鱼类在摄入年轻鱼类的粪便后,寿命有所延长,运动能力也有所提高。该研究表明,粪便与粪便中的微生物,能让老年鱼类活得更久。日后,科研人员将在其他动物体内尝试重复这项试验,观察肠道菌群的移植能否延长寿命。
  5. 日前,美国麻省总院和Broad研究所合作发表在Science杂志上对两种脑肿瘤亚型的详细分析显示,它们起源于神经祖细胞的相同类型,由基因突变模式和其微环境的组成分而区分开。研究团队通过单细胞RNA测序发现,两种肿瘤都含有3种癌症细胞,而不同之处主要是遗传学差异,以及肿瘤微环境(如特异性免疫细胞丰度等)组成不同。
  6. 日前,从复旦大学生命科学学院胡薇团队,绘制了日本血吸虫从合抱至性成熟产卵过程的动态表达谱,解析了整个发育过程的基因表达特征和分子事件,发现了雌虫与雄虫在合抱后的发育过程中功能分化明显,到成熟阶段达到完美的功能互补,并鉴定了调控雄虫合抱的芳香族氨基酸脱羧酶及控制雌虫生殖系统发育的G蛋白偶联受体,指出血吸虫的生殖发育调控可能与昆虫的激素调节模式类似。相关研究成果日前在线发表于《自然—通讯》。
  7. 近日,Cell Reports上的研究报告中,来自马萨诸塞大学的研究人员表示,人类卫星II是一种高度拷贝但目前尚未进行探索研究的人类基因组序列,其也被认为是垃圾DNA,但其能够影响我们基因组中的主要调节元件,而且其在大约50%的肿瘤中都处于“错误”状态。当该序列被解除调节后,大量的重复性核苷酸序列就会被建立,而且癌细胞中主要的调节性蛋白会被挤入到核小体中,这很有可能会引发表观遗传不稳定性,从而就会驱动多种癌症的发生。
  8. 在一项新的研究中,来自欧洲生物信息研究所、英国剑桥大学、韦尔科姆基金会桑格研究所和英国癌症研究所的研究人员针对免疫系统为何随着年龄的增加而减弱存在的长期争论提出新的认识。他们的发现表明相比于年轻组织中的免疫细胞,衰老组织中的免疫细胞缺乏协作,并且表现出更多的基因表达变化。相关研究结果发表在2017年3月31日的Science期刊上。

    新发表文章

    【新技术】

    1. PopNet: A Markov Clustering Approach to Study Population Genetic Structure.Zhang J et al.Mol Biol Evol. 2017 Apr 5.

    2. Transcriptome-wide Identification of RNA-binding Protein Binding Sites Using Photoactivatable-Ribonucleoside-Enhanced Crosslinking Immunoprecipitation (PAR-CLIP).Maatz H et al.Curr Protoc Mol Biol. 2017 Apr 3

    3. WikiGenomes: an open web application for community consumption and curation of gene annotation data in Wikidata.Putman TE et al. Database (Oxford). 2017 Jan 1

    【动物】

    1. Male fertility status is associated with DNA methylation signatures in sperm and transcriptomic profiles of bovine preimplantation embryos.Kropp J et al.BMC Genomics. 2017 Apr 5

    2. Transcriptome profiling of Arabian horse blood during training regimens.Ropka-Molik K et al.BMC Genet. 2017 Apr 5

    3. LncFunNet: an integrated computational framework for identification of functional long noncoding RNAs in mouse skeletal muscle cells.Zhou J et al.Nucleic Acids Res. 2017 Apr 4.

    【植物】

    1. Transcriptomes of Ralstonia solanacearum during Root Colonization of Solanum commersonii.Puigvert M et al.Front Plant Sci. 2017 Mar 20

    2. Organic farming increases richness of fungal taxa in the wheat phyllosphere.Karlsson I et al.Mol Ecol. 2017 Apr 1.

    【微生物】

    1. Removal of Integrated Hepatitis B Virus DNA Using CRISPR-Cas9.Li H et al.Front Cell Infect Microbiol. 2017 Mar 22

    2. The Role of Enriched Microbial Consortium on Iron-Reducing Bioaugmentation in Sediments.Pan Y et al.Front Microbiol. 2017 Mar 20

    3. Multi-Omics Analysis Reveals a Correlation between the Host Phylogeny, Gut Microbiota and Metabolite Profiles in Cyprinid Fishes. Li T et al.Front Microbiol. 2017 Mar 17

    【肿瘤】

    1. Genetic variations in cancer-related significantly mutated genes and lung cancer susceptibility.Zhang Y et al.Ann Oncol. 2017 Apr 5.

    2. The genomic dynamics during progression of lung adenocarcinomas.Yang B et al.J Hum Genet. 2017 Apr 6.

    3. Unique DNA methylation signature in HPV-positive head and neck squamous cell carcinomas.Degli Esposti D et al.Genome Med. 2017 Apr 5

    4. A Comprehensive NGS Data Analysis of Differentially Regulated miRNAs, piRNAs, lncRNAs and sn/snoRNAs in Triple Negative Breast Cancer.Koduru SV et al. J Cancer. 2017 Feb 11

    5. Cell-free DNA as biomarker and source for mutation detection in primary colorectal cancer.Nikolic A et al.J BUON. 2017 Jan-Feb

    【其他】

    1. Preparation of Total RNA from Fission Yeast.Bähler J et al. Cold Spring Harb Protoc. 2017 Apr 3

    2. The impact of structural variation on human gene expression.Chiang C et al. Nat Genet. 2017 Apr 3.

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本文由 测序中国 作者:白云 发表,转载请注明来源!

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