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Oct 07, 2023

アスガルド古細菌に深部から感染する6つのウイルスのゲノム

Microbiologia della natura, volume 7,

Nature Microbiology volume 7、pages 953–961 (2022)この記事を引用

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アスガルド古細菌は、真核生物に関連する世界中に分布する原核微生物です。 しかし、これらの生物に感染するウイルスは記載されていません。 今回我々は、深海の熱水堆積物から回収されたメタゲノム配列を用いて、アスガルドの2つの古細菌門、ロキアーキオータとヘラルキオータに感染した6つの比較的大きな（最大117 kb）二本鎖DNA（dsDNA）ウイルスゲノムの特徴を明らかにした。 これらのウイルスは、カウドウイルス目様の構造タンパク質と、既知の古細菌ウイルスに記載されているタンパク質とは異なるタンパク質をコードしています。 彼らのゲノムには、真核細胞核細胞質大型 DNA ウイルス (NCLDV) に関連する遺伝子が約 1 ～ 5% 含まれており、半自律的なゲノム複製、修復、エピジェネティックな修飾、および転写制御が可能であると考えられています。 さらに、Helarchaeota ウイルスは、真核生物ウイルスと同様に宿主のユビキチンシステムをハイジャックする可能性があります。 これらのアスガルドウイルスのゲノム分析により、それらが原核ウイルスと真核ウイルスの両方の特徴を含んでいることが明らかになり、それらの潜在的な感染メカニズムと宿主相互作用メカニズムについての洞察が得られます。

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Nature Communications オープンアクセス 2022 年 12 月 29 日

Nature Microbiology オープンアクセス 2022 年 6 月 27 日

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リファレンスをダウンロードする

この研究は、真核細胞の起源に関するムーア-シモンズ プロジェクト (シモンズ財団助成金 73592LPI; https://doi.org/10.46714/735925LPI; BJB) およびシモンズ財団早期キャリア賞 (687165、BJB) からの助成金によって支援されました。 ）。 この研究について議論してくれた D. Tamarit と T. Ettema に感謝します。 AP Teske (ノースカロライナ大学チャペルヒル校海洋科学部、米国ノースカロライナ州チャペルヒル) は、グアイマス盆地からの堆積物を提供してくれました。

マーガレット・V・ラングウィッグ

現在の住所: ウィスコンシン大学マディソン校、細菌学部および統合生物学学部、米国ウィスコンシン州マディソン

テキサス大学オースティン校海洋科学部、ポート アランサス、テキサス州、米国

イアン・M・ランボー、マーガレット・V・ラングウィッグ、ピーター・ライオン、ヴァレリー・デ・アンダ、ブレット・J・ベイカー

テキサス大学オースティン校統合生物学部（米国テキサス州オースティン）

ブレット・J・ベイカー

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VDA と BJB はプロジェクトを概念化しました。 IMR、VDA、MVL がデータを厳選しました。 BJBが資金調達を獲得。 IMR、VDA、PLが調査を実施した。 IMR、VDA、BJB が方法論を開発しました。 BJB と VDA がプロジェクトを管理、監督しました。 BJB がリソースを取得しました。 IMR、VDA、PL がビジュアライゼーションを作成しました。 IMR、VDA、MVL、BJB が原案を作成しました。 IMR、VDA、MVL、PL、BJB が原稿をレビューし、編集しました。

ブレット・J・ベイカーへの通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

Nature Microbiology は、この研究の査読に貢献してくれた Susanne Erdmann、緒方裕之、その他の匿名の査読者に感謝します。 査読者レポートが利用可能です。

発行者注記 Springer Nature は、発行された地図および所属機関の管轄権の主張に関して中立を保っています。

a、完全なHelarchaeotaウイルスNidhogg Meg22_1012のゲノム構造。 外側から中央へ：本文記載の遺伝子、本文未記載のホモログを持つ遺伝子、仮説上のタンパク質、GC含量、ゲノムサイズルーラー。 左向きの矢印は (-) センスを示し、右向きの矢印は (+) センスを示します。 b、線状フェンリル、スケル、およびラタトスクのゲノムの構造。 シーケンスの長さは、x 軸上の尺度によって指定されます。 仮説上の産物を含む遺伝子にはラベルがなく、灰色で色付けされています。 CRISPR スペーサーの一致位置は垂直バーで強調表示され、アライメント内の 0 または 1 つの不一致を表す色で表示されます。

中央値 (アスガルド ウイルス = 89,108 / 古細菌ウイルス = 35,450)。 最小値 (アスガルド ウイルス = 39,909 / 古細菌ウイルス = 5,278)。 最大値 (アスガルドウイルス = 117,419 / 古細菌ウイルス = 103,257); 古細菌ウイルスの異常値 = 143,855。 この図のデータとコードは、https://github.com/bakermicrolab/asgardviruses で入手できます。

y 軸はそれぞれのサンプル内のコンティグの平均読み取り深度を示し、各 Asgard ホストは x 軸に表示されます。 X 軸の各点には、リンクされたウイルス コンティグ (左) とホスト コンティグ (右) の平均読み取り深度を示す 2 つの箱ひげ図が含まれています。 データ点は平均値を表します。 分類学的割り当ては、ポイントおよび/またはボックスの色によって指定されます。 平均リード深度は、アセンブリで使用した同じサンプルからのリードを使用して、コンティグごとに計算されました。 Helarchaeota Meg19_1012_Bin_504 (ウイルス: n = 3、最小 = 25.52、最大 = 173.4、中間 = 32.50; MAG: n = 170、最小 = 9.12、平均 = 56.58、最大 = 81.45、SD = 5.8、第 1 四分位 = 54.9、第 3 四分位=58.9)、ロキアーキオータ Meg22_1012_Bin_233 (ウイルス: n = 1, 77.5; MAG: n = 94、最小 = 6.16、平均 = 37.3、最大 = 202.9、SD = 24.8、第 1 四分位 = 31.5、第 3 四分位 = 34.3)、ロキアーキオータ Meg22_1214 _ビン_191 (ウイルス: n = 1、17.05; MAG: n = 246、最小 = 8.1、平均 = 44.8、最大 = 1253、SD = 95.6、第 1 四分位 = 29.7、第 3 四分位 = 39.7)、ロキアーキオータ Meg22_1416_Bin_151 (ウイルス: n = 1) 、16.32; MAG: n = 217、最小 = 5.9、平均 = 17、最大 = 48、SD = 3.7、第 1 四分位 = 15.7、第 3 四分位 = 18.5)。

ウイルスはホストに基づいて x 軸でグループ化され、NCLDV は独自のカテゴリに含まれます。 y 軸は、NCVOG にヒットする遺伝子の割合を示します (方法を参照)。 グラフ内の各ドットはウイルスのゲノムを表します。 細菌ウイルス n = 33442、平均 = 2、SD = ± 1.2; 古細菌ウイルス n = 84、平均 = 2.4' SD = ± 1.4; アスガルドウイルス n = 6、平均 = 2.2、SD = ± 1.4; 真核生物ウイルス n = 362、平均 = 36、SD = ± 39; NCLDV n = 149、平均 = 78、SD = 21。

ウイルスは、その宿主に基づいて Y 軸でグループ化され、X 軸のパーセンテージは、特定の機能に割り当てられた NCVOG ヒットの割合を示します。 アスガルド ウイルスに見られる NCVOG は、DNA 複製、組換え、修復、またはウイルス構造タンパク質に関連しています。 最初のグループの NCVOG は細菌に感染するウイルスによく見られ、他の古細菌グループや真核生物に感染するウイルスにも観察されます。 NCVOG の 2 番目のグループは他のウイルスではあまり見られないため、アスガルド ウイルスと NCLDV の構造が類似していることが示唆されます。

ウイルスおよび細菌の 241 個のデオキシヌクレオチド/サイド一リン酸キナーゼ配列の系統樹。 分岐上の丸は、BOOSTER が 70 以上をサポートしていることを示します。 ロキアーキオータ ウイルス フェンリル Meg22_1012 および Meg22_1214 配列は金色で強調表示されています。 系統発生は、固定基本周波数と 1000 回の高速ブートストラップを備えた LG モデルを使用して推定されました。

古細菌、細菌、真核生物、ウイルスからの 368 個のユビキチン活性化酵素 (E1) タンパク質配列の系統樹 (分類群には背景色でラベルが付けられています)。 ニーズヘッグ ウイルスでは 3 つの E1 様タンパク質配列が同定されており、これらは黒丸と太字でラベル付けされています。 アーチ型の線は、ニーズヘッグ ウイルスの配列とそのヘラルチャエオタ宿主の間の接続を示しています。 この系統発生は、1000 回の超高速ブートストラップと最近傍交換 (-bb 1000 -bnni) による最適化を備えた LG + R8 モデルを使用して推定されました。 木の枝上の円は、超高速ブートストラップのサポートが 95 以上であることを示します。 このツリーは、NEDD8 活性化酵素 E1 触媒サブユニット ファミリーに属するタンパク質配列 (n = 11、IPR030468)、ユビキチン活性化 E1 酵素 (n = 218、IPR035985)、NCBI から得られたウイルス配列 (n = 14)、ロキアーキオータとヘラルキオータに由来する配列 (n = 125)。

拡張データ図 1 ～ 7、補足テキストおよび補足データ 1 ～ 13 の説明。

スペーサーとリピートの長さと配列、および CRISPR センスを含む CRISPRDetect の結果。 Asgard CRISPR スペーサー BLASTN-short のグアイマス盆地ウイルスに対する出力。 Asgard MAG の CRISPR を含むコンティグの平均読み取り深度。 SpacePHARERによるアスガルドCRISPRスペーサーのグアイマス盆地UViGへの攻撃。 Asgard CRISPR リピートの CRISPRClassify の結果。

ウイルスゲノムの概要、Asgard MAG GTDBTk 分類法および MAG 統計。

この研究で説明されているウイルス ゲノムの未培養ウイルス ゲノム (MiUViG) メタデータに関する最小限の情報。

VIBRANT、DIAMOND、InterProScan によるウイルス注釈。 PhANN の分類。 PhANN で予測された主要なキャプシドタンパク質の HHPred の結果。

Supplementary_Data_5_Fenrir_Meg22_1012_226.pdf。 BWA-MEM v0.7.17 および Samtools v1.11 で実行された Meg22_1012 サンプルに対する読み取りマッピングに基づく、Lokiarchaeota ウイルス Fenrir Meg22_1012_scaffold_226 カバレッジの視覚化。 Biomatters の Geneious バージョン 2022.0 を使用して視覚化しました。 Supplementary_Data_6_Fenrir_Meg22_1214.pdf。 BWA-MEM v0.7.17 および Samtools v1.11 で実行された Meg22_1214 サンプルに対する読み取りマッピングに基づく、Lokiarchaeota ウイルス Fenrir Meg22_1214_scaffold_313 カバレッジの視覚化。 Biomatters の Geneious バージョン 2022.0 を使用して視覚化しました。 Supplementary_Data_7_Skoll_Meg22_1214_2849.pdf。 BWA-MEM v0.7.17 および Samtools v1.11 で実行された Meg22_1214 サンプルに対する読み取りマッピングに基づく、Lokiarchaeota ウイルス Sköll Meg22_1214_scaffold_2849 カバレッジの視覚化。 Biomatters の Geneious バージョン 2022.0 を使用して視覚化しました。 Supplementary_Data_8_Ratatoskr_Meg22_1012_548.pdf。 BWA-MEM v0.7.17 および Samtools v1.11 を使用して実行された Meg22_1012 サンプルに対する読み取りマッピングに基づく、Helarchaeota ウイルス Ratatoskr Meg22_1012_scaffold_548 カバレッジの視覚化。 Biomatters の Geneious バージョン 2022.0 を使用して視覚化しました。 Supplementary_Data_9_Nidhogg_Meg22_1012_91.pdf。 BWA-MEM v0.7.17 および Samtools v1.11 で実行された Meg22_1012 サンプルに対する読み取りマッピングに基づく Helarchaeota ウイルス Nidhogg Meg22_1012_scaffold_91 カバレッジの視覚化。 Biomatters の Geneious バージョン 2022.0 を使用して視覚化しました。 Supplementary_Data_10_Nidhogg_Meg22_1214_152.pdf。 BWA-MEM v0.7.17 および Samtools v1.11 で実行された Meg22_1214 サンプルに対する読み取りマッピングに基づく Helarchaeota ウイルス Nidhogg Meg22_1214_scaffold_152 カバレッジの視覚化。 Biomatters の Geneious バージョン 2022.0 を使用して視覚化しました。

DNA ポリメラーゼ B の系統発生に使用される配列。

アスガルドウイルスのウイルスタンパク質ファミリー (VPF) 分類メンバー比率。

Asgard MAG の InterProScan アノテーションはこの研究で初めて詳細に説明され、この研究で使用されたすべての MAG の IMG/M アノテーションが説明されました。

転載と許可

Rambo、IM、Langwig、MV、Leão、P. 他深海の堆積物からアスガルド古細菌に感染する 6 つのウイルスのゲノム。 Nat Microbiol 7、953–961 (2022)。 https://doi.org/10.1038/s41564-022-01150-8

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受信日: 2021 年 10 月 8 日

受理日: 2022 年 5 月 16 日

公開日: 2022 年 6 月 27 日

発行日：2022年7月

DOI: https://doi.org/10.1038/s41564-022-01150-8

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