藻类巨病毒噬病毒体(Virophage)的发现与鉴定

Virophage is a unique, small, circular, double-stranded DNA virus, was originally discovered together with giant viruses infecting amoeba, and confirmed to be the virus of giant virus, or parasitic virus. The discovery challenges "virus" definition in the classical virology and brings about dispute on origin and evolution of viruses and whether the viruses are alive microbes among the academic community. Presently, the limited knowledge of virophages is largely based on the study of the complicated infection and parasitics associations that are formed by amoeba, giant virus and virophage, which we name the CVV (cell - virus - virus) system. Biodiversity of virophages as well as their affiliation with known viruses are still unknown. This project focuses on virophages present in fresh water environment in China. Based on both metagenomic sequencing and sequence analysis, and virus genomic sequence assembly and comparative analysis, we aim to discover and identify virophage, giant algal virus and algae in water samples and subsequently to figure out the corresponding relationship between virophage and giant algal virus. These results will give insights into the establishment of CVV system that is formed by virophage, giant algal viruses and algae, which in turn will contribute to understand their infection and parasitics relationship.

噬病毒体是一类独特的、小型、环状、双链DNA病毒，首次与侵染阿米巴虫的巨病毒一起被发现，并被证实是巨病毒的病毒，即寄生病毒。这个发现颠覆了传统病毒学对病毒的定义，引发了学术界对病毒起源和进化，病毒是否是活着的微生物的争论。目前，对噬病毒体的有限认识主要基于阿米巴虫、巨病毒和噬病毒体这三者形成的复杂侵染寄生关系，我们称之为CVV（cell-virus-virus)系统。噬病毒体的生物多样性及其与已知病毒间的亲缘关系依然未知。本项目以我国淡水环境中的噬病毒体为主要研究对象，通过宏基因组测序与序列分析，病毒基因组序列拼接与比较分析，发现和鉴定水样中的噬病毒体、藻类巨病毒和藻，初步确立噬病毒体与藻类巨病毒间的潜在对应关系，并以之为线索，引导建立由噬病毒体，藻类巨病毒和藻这三者组成的CVV体系，以验证三者的侵染寄生关系。

噬病毒体是寄生于侵染单细胞真核生物的巨大dsDNA病毒的小dsDNA病毒。目前，除了个别噬病毒体具有较为明确的寄生机制外，在宏基因组学数据库中发现的噬病毒体，其巨大病毒宿主与真核宿主仍然未知。本研究中，运用环境宏基因组学等技术方法，于中国上海的淡水湖滴水湖中发现了八个噬病毒体（26.6-31.5 kbp）和五个藻类大型DNA病毒（190.4-392.5 kbp）的完整基因组。基因组和系统发育分析均表明，滴水湖噬病毒体（DSLVs）与其他淡水湖噬病毒体彼此关系密切，滴水湖大型DNA病毒则分别与感染绿藻的藻类DNA病毒科寄生藻病毒属（称为滴水湖DSLPVs） ）病毒以及感染原生生物（原生动物和藻类）的拟菌病毒科（命名为滴水湖藻类大病毒DSLLAV）病毒的亲缘性高。与感染原生动物的巨大病毒相比，DSLV拥有更多与藻类大病毒具有更近同源性的基因。此外，基于密码子以及寡核苷酸使用频率和相关性分析，DSLV与绿藻大病毒（包括DSLPV4和DSLLAV1）紧密相关。令人惊讶的是，在DSLLAV1中发现了一个非同源的CRISPR-Cas样系统，该系统似乎可以保护DSLLAV1免受DSLV5和8的寄生。这些结果表明，滴水湖中存在由绿藻、绿藻大病毒（Phycodnaviridae和Mimiviridae相关的病毒）和噬病毒体（CVv）组成的三重感染系统。实验室分离培养试验初步印证了这一发现。这些研究结果有助于进一步深入研究噬病毒体和藻类大病毒间的进化相互作用关系，以及CVv在藻类生态学中的重要作用。