基于病毒分子化石探讨逆转录病毒宏进化和“登陆”的模式

Retroviruses could be integrated into the host genomes, forming endogenous retroviruses (ERVs). ERVs provide “molecular fossils” for studying the macroevolution of retroviruses and the mechanism of retrovirus-host interaction. While ERVs have been mainly studied in mammals and birds, little is known about ERVs in lower vertebrates, such as fishes, amphibians, and reptiles. This project is to use large-scale comparative genomics approaches to mine ERVs within the genomes of lower vertebrates and reveal the diversity and evolutionary time scale of retroviruses in lower vertebrates. Through analyzing ERVs of lower vertebrates and other representative retroviruses, this project aims to refine the classification system of retroviruses, explore the relative frequency of different transmission modes (co-divergence and cross-species transmission) of retroviruses, and reveal the terrestrialization modes of retroviruses that have an ancient marine origin. This project has important implications in understanding the origin, evolution, and diversity of retroviruses.

逆转录病毒可以整合到宿主基因组中形成内源性逆转录病毒。内源性逆转录病毒可为研究逆转录病毒的宏进化及逆转录病毒与宿主之间互作的机制提供重要的“分子化石”。迄今为止，有关内源性逆转录病毒的系统研究主要集中在哺乳类和鸟类中，而对鱼类、两栖类和爬行类等低等脊椎动物内源性逆转录病毒的研究较为缺乏。本项目拟采用大规模比较基因组学的方法，在低等脊椎动物基因组中系统地挖掘内源性逆转录病毒，揭示低等脊椎动物逆转录病毒多样性和进化的时间尺度。通过对低等脊椎动物内源性逆转录病毒以及其它代表性逆转录病毒的比较分析来完善逆转录病毒分类系统，探讨逆转录病毒不同传播模式（与宿主共进化或跨物种传播）及其相对频率，解析起源于远古鱼类的逆转录病毒“登陆”感染陆生脊椎动物的模式，从而有助于全面了解逆转录病毒的起源、进化和多样性。

逆转录病毒可以整合到宿主生殖细胞基因组中形成内源性逆转录病毒。内源性逆转录病毒可为研究 逆转录病毒的宏进化及逆转录病毒与宿主之间互作的进化提供重要的“分子化石”。目前，内源性逆转录病毒的系统研究主要集中在哺乳类和鸟类中，而对鱼类、两栖类和爬行类等低等脊椎动物中内源性逆转录病毒的研究较为缺乏。本项目开发了一种基于同源序列搜索和系统发生分析相结合的内源性逆转录病毒挖掘新策略，该策略可以更加灵敏地在脊椎动物中挖掘内源性逆转录病毒。采用了新开发的策略在低等脊椎动物基因组中系统挖掘内源性逆转录病毒，发现了内源性逆转录病毒广泛存在于脊椎动物基因组中。通过对新挖掘得到的内源性逆转录病毒以及具有代表性的鸟类和哺乳类动物逆转录病毒进行系统发生分析，发现逆转录病毒可以分为五个主要支系，为建立新的逆转录病毒分类体系奠定了基础。通过构建无方向传播网络，发现了大量近期发生的逆转录病毒跨纲传播事件。通过比较逆转录病毒和宿主之间的系统发生关系一致性，发现了逆转录病毒既可以频繁的跨宿主传播又可以与宿主共进化。通过分析逆转录病毒的系统发生关系，发现了水陆界面并不是逆转录病毒传播的一个严格屏障，感染陆生脊椎动物的逆转录病毒可能有多次独立起源。总之，本项目对全面了解逆转录病毒的起源、进化和多样性具有十分重要的意义。