新發現!中國農科院植保所郭立華發現真菌多組分環狀單鏈DNA病毒

2020-12-01 網易新聞

目前，多組分真菌RNA病毒已經被廣泛報導，但是還沒有多組分真菌DNA病毒的報導，並且在國際上，只有真菌RNA病毒的侵染性cDNA克隆被成功構建，還沒有真菌DNA病毒侵染性克隆成功構建的報導。

2020年4月3日，中國農業科學院植物保護研究所郭立華研究員團隊在Science Advances 在線發表題為「A tripartite ssDNA mycovirus from a plant pathogenicfungus is infectious as cloned DNA and purified virions」 的研究論文，該研究首次鑑定一個三組分環狀單鏈DNA病毒，該病毒多組分基因組的形成可能是近代發生的單組分病毒向多組分病毒進化的一個自然事件，並成功構建真菌DNA病毒的侵染性克隆，利用構建的侵染性克隆系統研究了該病毒三個DNA組分的關係和功能，該項研究為此類病毒的研究提供了重要參考。

根據國際病毒分類委員會ICTV的最新報告，真菌病毒基因組包括雙鏈RNA、正義單鏈RNA、負義單鏈RNA、逆轉錄單鏈RNA和環狀單鏈DNA五種類型。近年來，隨著高通量測序手段的廣泛應用，大量新的真菌病毒被鑑定和測序，這些病毒的發現，極大地促進了我們對真菌病毒的多樣性和進化的認識。

編碼複製相關蛋白的環狀單鏈DNA病毒（Circularreplication-associated protein-encoding single-stranded DNA viruses, CRESS DNAviruses）是一大類編碼有共同進化起源的複製相關蛋白（Replication-associatedprotein, Rep）的環狀單鏈DNA病毒類群，這一概念於2012年首次提出。大量的CRESS DNA病毒從環境、真菌、植物和動物樣品中被鑑定到，由於這些病毒基因組結構的多樣性，該類病毒被劃分到很多新的病毒科，其中一種就是類雙生病毒科（Genomoviridae），該病毒科因為包含雙生病毒（Geminiviruses）相關的Rep分子而得名。目前，類雙生病毒科包括9個病毒屬，這些病毒都只包含一個單組分的環狀單鏈DNA基因組，基因組全長為2-2.4 kb，在該環狀分子上編碼Rep蛋白和外殼蛋白（CP）。

在本研究中，研究人員從植物病原真菌禾穀鐮刀菌（Fusariumgraminearum）中鑑定到一個三組分的環狀ssDNA病毒（FgGMTV1），該病毒基因組包含三個環狀ssDNA分子（DNA-A、DNA-B和DNA-C），大小都在1.3kb左右，DNA-A編碼Rep，DNA-B編碼CP，DNA-C編碼一個未知功能蛋白p26。序列比對和系統發育分析結果表明，該病毒是Genomoviridae一個新病毒，並建議在該病毒科成立一個新的病毒屬Gemytripvirus，FgGMTV1是該病毒屬的代表病毒；而且，系統發育分析表明，FgGMTV1的多組分基因組可能是從古老的類雙生病毒的單組分基因組進化而來。

圖. FgGMTV1的分子特性和生物學功能分析：(A) 病毒基因組結構；(B)病毒粒子的透射電鏡觀察；(C) 病毒粒子核酸的提取；(D) 病毒粒子的SDS-PAGE分析；(E) 菌落形態比較；(F) 不同菌株的致病力比較

它們將滾環複製（Rollingcircle amplification, RCA）產生的dsDNA片段通過限制性內切酶位點插入到pBluescript Ⅱ SK (+)載體，成功構建了三個片段的侵染性克隆，並利用這些侵染性克隆的不同組合，探索三個片段之間的相互關係，以及對寄主真菌生物學功能的影響。侵染性實驗結果表明，DNA-A和DNA-B兩者的複製彼此依賴，缺一不可，但是DNA-C的複製卻依賴於DNA-A和DNA-B的共同存在，DNA-C能夠增強病毒DNA在寄主真菌中積累水平；同時，病毒粒子的形成與DNA-C的存在與否無關。生物學功能實驗表明，DNA-A和DNA-B能夠嚴重抑制寄主真菌生長，並引起低毒力，而DNA-C卻能夠使DNA-A和DNA-B引起的不正常表型恢復，而且能夠使病毒通過分生孢子進行垂直傳播。

FgGMTV1的發現加深我們對類雙生病毒科病毒以及CRESS DNA病毒的多樣性和進化的認識，該病毒侵染性克隆的成功構建能夠使進一步探索FgGMTV1與寄主的互作，擴展FgGMTV1的寄主範圍和在分子水平上對該病毒進行操作，變得更加容易。該構建方法也能夠為類似病毒的侵染性克隆的構建提供良好的參考。

中國農科院植保所博士研究生李鵬飛為本論文第一作者，郭立華研究員為本論文通訊作者，王雙超助理研究員、碩士研究生張理航、邱德文研究員和周雪平教授也參與此研究工作。該研究得到國家重點研發計劃（2018YFD0200500）項目資助。

參考消息：

https://advances.sciencemag.org/content/6/14/eaay9634

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