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科研速递 | 病毒组在不同领域的应用

花匠小妙招
2025-01-16 20:34

宏病毒组学（Viral Metagenomics）是在宏基因组学理论的基础上，结合现有的病毒分子生物学检测技术而兴起的一个新的学科分支。宏病毒组直接以环境中所有病毒的遗传物质为研究对象，能够快速准确鉴定出环境中所有的病毒组成，在病毒发现、病毒溯源、微生物预警等研究方面具有重要作用。可应用于人或动物肠道或者血液样本、海洋、土壤等的研究，用以挖掘潜在的对人类和环境的危害。

1. 题目：Expanding the RNA virome of nematodes and other soil-inhabiting organisms（IF 7.989）

发表时间：2022-03-11

土壤线虫是一种非常异质性的真核生物群体，包含一个复杂和结构的群落。近年来，新发现的几种病毒分别感染自由生活线虫、定居植物寄生线虫和迁移根病线虫。然而，据报道，迄今为止还没有专门针对土壤线虫群落病毒体宏基因组分析的综合性研究。在这项工作中，研究人员试图通过调查与土壤生物相关的病毒群落，特别是线虫，来弥补这一差距。本研究表明，自然土壤环境中RNA病毒具有显著的多样性。在不同的土壤寄主中鉴定出了150多种病毒，其中139种以上是潜在的新病毒。其中许多病毒属于线虫病毒组，从而丰富了人们对这一自然生态系统复杂部分的多样性和进化的理解。这项工作的目的是专门破解病毒群与复杂网络相关的土壤线虫和其他土壤微生物，证明了RNA病毒的显著多样性的发生，并揭示了一些新的，以前未描述的病毒物种，与其他对环境土壤标本进行的宏基因组研究不同，此研究主要集中在与农业系统相关的土壤线虫。采用的方法产生了有影响的结果:在不同的土壤寄主中鉴定了157种病毒，包括139种未知的新型病毒。这项研究。这些新的序列不仅有助于现有的在土壤微生物中发现的病毒数据集，而且在一定程度上可信地揭示了至少7种最有可能自然感染土壤线虫的新病毒，同时也丰富了人们对自然生态系统中这一复杂部分的多样性和进化的理解，并为进一步的发现提供了基础。

2. 题目:Viral diversity and potential environmental risk in microplastic at watershed scale: Evidence from metagenomic analysis of plastisphere(IF 9.621)

发表时间：2022-02-18

微塑料（MPs）被认为是水生生态系统中病原体长距离运输的新载体。然而，附着在MPs上的病毒群落的组成及其环境风险在很大程度上是未知的。本文通过病毒组分析，分析了从北仑河采集的5种不同的MPs的病毒多样性和潜在风险。此研究共产生和组装了近2.863亿个原始数据，并进行了注释，在MPs中识别出了1719种不同的病毒。聚丙烯(PP)中病毒的多样性最高，检测到约250种特异性病毒。利用快速期望最大化微生物源跟踪法(fast expectation maximization microsource tracking method, FEAST)对河口MPs中的病毒进行溯源，发现上游和下游MPs中的病毒是河口病毒的两个主要来源。此外，从病毒宏基因组中检测到的抗生素耐药基因(ARGs)和毒力因子(VFs)两方面来看，病毒的MP类型依赖于潜在环境风险，而PP被证实是潜在环境风险最高的。本研究揭示了不同MPs中病毒的高度多样性和潜在的环境风险，为今后的环境监测、了解病毒传播和MPs污染的潜在风险提供了重要的指导。

3. 题目：Viral metagenomics unveiled extensive communications of viruses within giant pandas and their associated organisms in the same ecosystem（IF 9.63）

发表时间：2022-01-21

跨物种传播事件是常见的，在病毒的进化史上有许多宿主转换的案例，但相对而言，很少有证据表明生活在同一生态系统中的不同物种会继续传播。为了解大熊猫 ( Ailuropoda melanoleuca ) 及其相关生物中病毒的传播，基于 2015 年至 2020 年间从大熊猫 ( N = 776) 和其他四只大熊猫相关生物中收集的大量样本 ( N = 2305)同一生态系统中的生物，小熊猫（N =700）、流浪猫（N =32）、野鼠（N =42）、蚊子（N = 755），病毒组学用于病毒识别和后续病毒跟踪。结果显示，在伴有呕吐和轻度腹泻症状的大熊猫体内发现一种猫科泛白细胞减少症病毒(FPV)。同时，在健康的小熊猫(Ailurus fulgens)种群中，同样的FPV菌株也普遍存在。从五种不同生物的病毒组中，确定了 250 个病毒基因组。数据显示，除了 FPV，其他假定的致病病毒，如小熊猫细小病毒 (RPAVs) 和 Getah 病毒 (GETVs) 是一些小熊猫既往患病或死亡的原因，还证明了一些病毒参与了大熊猫与其相关物种之间潜在的种间跳跃事件。总的来说，此研究结果揭示了“大熊猫-相关动物-节肢动物”中不同病毒病原体的遗传多样性和关系，并报告了生活在同一生态系统中的这些宿主物种之间可能存在病毒宿主转换的一些案例。

4. 题目：Viral metagenomics reveals diverse viruses in the fecal samples of children with diarrhea（IF 4.327）

发表时间：2022-01-17

腹泻是发展中国家5岁以下儿童死亡的第三大原因。每年大约有50万儿童死于腹泻，其中大部分发生在发展中国家。病毒是腹泻的主要病原体。在中国，对腹泻患儿粪便病毒体的研究很少。利用病毒宏基因组学方法，研究人员分析了腹泻儿童的粪便病毒体。在这些粪便样本中鉴定出的许多与腹泻相关的DNA或RNA病毒主要来自腺病毒科、星状病毒科、杯状病毒科、细小病毒科、小核糖病毒科和呼肠孤病毒科6个科。其中杯状病毒科所占比例最大，为78.42%，其次为腺病毒科(8.94%)和小核糖核酸病毒科(8.36%)。除了那些已被证实可引起人类腹泻的与腹泻有关的病毒外，还发现了与腹泻无关的病毒，包括甲壳病毒和小核糖病毒。本研究增加了我们对腹泻患儿粪便病毒体的认识，为该地区病毒性腹泻的防治提供了有价值的信息。

5. 题目：The pollen virome of wild plants and its association with variation in floral traits and land use（IF 14.919）

发表时间：2022-01-26

花粉是病毒传播的独特载体。花粉相关病毒在花粉粒上或花粉粒内搭便车，并通过传粉媒介传播到其他植物。它们沉积在花上，通过种子直接进入植物和下一代。为了发现花粉相关病毒的多样性并确定有贡献的景观和花卉特征，本研究利用不同的四个地区之一的野生、视觉上无症状植物的花粉进行了物种水平的宏基因组调查. 确定了许多已知的和新型的花粉相关病毒，其中一半属于帚状病毒科（Bromoviridae）、分体病毒科（Partitiviridae）和伴生豇豆病毒科（Secoviridae），但也有许多其它科的代表。在这些地区，当被更少的自然环境和更多的人为改造环境包围时，物种会携带更多的病毒，但是研究人员注意到其他地区水平的差异也可能与此相关。当研究病毒丰富度和花特性之间的新联系时，发现具有多个两侧对称的花和更小、更尖的花粉的物种比具有相反特征的物种携带更多的病毒。病毒多样性与花性状的关联突出了将植物-传粉媒介相互作用作为花粉相关病毒运输的驱动因素纳入植物-病毒相互作用研究的必要性。

参考文献：

1. Vieira P, Subbotin S A, Alkharouf N, et al. Expanding the RNA Virome of Nematodes and Other Soil-Inhabiting Organisms[J]. Virus Evolution, 2022.

2. Li R, Zhu L, Cui L, et al. Viral diversity and potential environmental risk in microplastic at watershed scale: Evidence from metagenomic analysis of plastisphere[J]. Environment International, 2022, 161: 107146.

3. Zhao M, Yue C, Yang Z, et al. Viral metagenomics unveiled extensive communications of viruses within giant pandas and their associated organisms in the same ecosystem[J]. Science of The Total Environment, 2022: 153317.

4. Yang S, He Y, Zhang J, et al. Viral metagenomics reveals diverse viruses in the fecal samples of children with diarrhea[J]. Virologica Sinica, 2022.

5. Fetters A M, Cantalupo P G, Wei N, et al. The pollen virome of wild plants and its association with variation in floral traits and land use[J]. Nature Communications, 2022, 13(1): 1-11.