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

“這些病毒為宿主貢獻的DNA數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基因組生物學家Cedric Feschotte說，“大量遺傳物質的注入”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。病毒通過讓宿主復制它們的遺傳物質和制造自我復制所需的蛋白質進行繁殖。因此，今年早些時候，當發現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。

弗吉尼亞理工學院微生物學家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中發現的基因與之前在其他基因組中發現的基因進行了匹配。“病毒匹配不斷出現在藻類基因組中。” Aylward說。

因此，這對搭檔和同事系統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，而不是在細胞內復制。這可能是病毒確保其遺傳物質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或藥物消滅的原因之一。

研究人員發現，其中一些巨型病毒可能已經存在了數百萬年。事實上，一些病毒DNA在基因中獲得了被稱為內含子的非編碼DNA。它們的一些基因現在被復制或丟失了，這種變化不太可能發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·普朗克醫學研究所環境病毒學家Matthias Fischer表示。

“我對這種巨型病毒（合并）能夠發生并廣泛傳播感到驚訝。”植物和微生物學研究所微生物學家Chuan Ku補充說。Ku已經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（結合）是否會對（宿主）基因組進化產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進化生物學家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，“它們繼續在細胞進化中扮演重要角色。”

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