《Journal of Virological Methods》：Molecular evolutionary insights into the host-virus relationship between Marburg Virus and its bat reservoir
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本研究探讨马堡病毒（MARV）与埃及果蝠（Rousettus aegyptiacus）的共进化机制，通过密码子使用模式分析发现MARV密码子偏好性较低，宿主则有显著偏好，RNA编辑和RCDI分析揭示病毒在宿主体内复制效率受宿主影响，为抗病毒研究提供模型。
Nikita Kar | Srinjay Kumar Bharadaj | Stella Bharadaj | Supriyo Chakraborty
阿萨姆大学生物技术系，印度阿萨姆邦Silchar，邮编788011
摘要
蝙蝠通常是致命病原体的无声携带者，同时也是许多能够跨越物种屏障并造成破坏性影响的病毒的天然宿主。其中，
Rousettus aegyptiacus（R. aegyptiacus）在理解病毒溢出现象方面扮演了关键角色。这种果蝠是马尔堡病毒（MARV）的宿主，支持其复制，并偶尔将其传播给人类，导致致命的出血热。然而，一个引人注目的悖论是：尽管MARV感染对人类是致命的，但R. aegyptiacus本身却没有任何症状。受这一对比的驱动，我们的研究探讨了密码子使用模式，以揭示病毒适应性和宿主耐受性的进化机制。R. aegyptiacus远非被动携带者，而是抗病毒研究的一个有价值的模型。我们的分析揭示了MARV中独特的密码子使用模式，表明其与宿主密码子偏好的高度进化一致性。MARV表现出较低的密码子偏好，表明其与宿主的翻译机制具有广泛的兼容性。此外，COA和PR2分析表明生态因素影响了病毒和宿主的密码子选择。RNA修饰分析显示了频繁的胞嘧啶到胸腺嘧啶的转换，这暗示了保守的突变压力或宿主驱动的编辑作用。RCDI值的变异表明密码子使用存在优化不足的情况。
引言
蝙蝠是高度适应性的脊椎动物，是多种能够跨物种传播的人畜共患病毒的天然宿主（Bessa等人，2010年）。翼手目哺乳动物在免疫能力和对病毒感染的异常耐受性方面具有科学意义（Martins等人，2025年）。Zhang等人（Zhang等人，2017年）对Pteropus物种的研究发现了与强力飞行和免疫反应相关的基因中的正选择信号。Deb等人（Deb、Uddin和Chakraborty，2021年）分析了Rhinolophus sinicus及其肝病毒中的密码子使用情况，而Lee等人（Lee等人，2015年）在Rousettus aegyptiacus中发现了抗病毒防御基因，突显了病毒对宿主的特异性适应性和宿主潜力。研究表明，像尼帕病毒（Chua等人，2000年）、SARS-CoV-2（Li等人，2005年）、亨德拉病毒（Halpin等人，2000年）、MERS样冠状病毒（de Groot等人，2013年）、MARV（Towner等人，2009年）和埃博拉病毒（Marí Saéz等人，2015年）等多种致命病毒自然存在于蝙蝠体内。虽然这些病毒会导致人类和其他动物严重疾病，但蝙蝠却保持健康且没有任何症状（Han等人，2015年）。这引发了关于蝙蝠如何抵抗疾病的关键问题。研究它们的免疫反应并比较蝙蝠与其携带的病毒之间的密码子使用偏好可能会揭示重要线索。这些见解可能带来新的治疗方法和更好的疫情预防方法。
马尔堡病毒是一种负链单链RNA（-）丝状病毒，它利用复杂的免疫逃避机制有效地感染人类和非人类灵长类动物。像β冠状病毒和亨尼帕病毒一样，马尔堡病毒会引起高死亡率的严重出血热。MARV在R. aegyptiacus中的持续存在反映了其特定的宿主适应性和推动其进化的生态压力（Pavlovich等人，2018年）。这些发现使R. aegyptiacus成为揭示进化机制的关键模型，强调了探索基于密码子使用的宿主-病原体共同进化以理解MARV适应性和传播动态的必要性。
RNA编辑是一种关键的核苷酸水平修饰，是内源性和外源性RNA模板中转录后变化的主要驱动因素。这一过程主要通过两条已明确描述的途径发生：一条是由ADAR家族催化的腺嘌呤到肌苷的转换，其中细胞机制将肌苷解读为鸟嘌呤；另一条是由APOBEC家族介导的胞嘧啶到尿嘧啶的转换。研究表明，ADAR和APOBEC介导的RNA编辑是病毒RNA基因组修饰的关键因素，包括RNA二级结构的变化和多肽序列的改变（Vlachogiannis等人，2021年）。
密码子简并性允许进化在不改变氨基酸序列的情况下调节翻译准确性。随着时间的推移，不同物种之间的同义密码子使用情况会分化，导致密码子使用偏好（CUB），即某些密码子被优先使用（Chen等人，2014年）。Jenkins等人（Jenkins等人，2002年）报告称RNA病毒利用翻译限制来推动进化，而埃博拉病毒（Luo等人，2020年）的密码子模式主要由突变压力决定。CUB受到基因表达、蛋白质结构、翻译动态、转录调控和GC含量的影响，选择和突变是主要驱动因素。Mueller等人（Mueller等人，2006年）提出的RCDI指标用于评估密码子的优化程度，揭示了宿主-病毒的系统发育关系、宿主范围和复制策略。
Nasrullah等人研究了MARV基因组的密码子使用模式，但仅关注了MARV自身的密码子使用情况，没有进行宿主密码子使用偏好的比较分析。这种宿主-病毒比较评估对于理解共同进化动态和适应趋势至关重要。此外，他们的研究没有涉及MARV编码序列中的RNA编辑位点分析，也没有进行RCDI评估，而这些参数对于评估病毒对宿主密码子使用模式的适应非常重要（Nasrullah等人，2015年）。为了解决这些研究空白，我们对MARV及其天然宿主R. aegyptiacus的密码子使用分布进行了全面分析，以阐明病毒-宿主系统中的进化模式——这一方面尚未被探索。为了研究这两种生物的密码子偏好模式，我们研究了它们的核苷酸组成、对应关系分析和中性图等。我们的分析显示了密码子使用行为的明显差异：宿主对特定密码子有明显的偏好，而MARV的密码子偏好相对较弱。我们还评估了病毒基因组中的RNA编辑事件，并检测到编码区域内的C-T转换编辑。此外，本研究中首次报告的RCDI分析表明MARV在其天然宿主中的复制效率较低。
研究片段
编码序列的收集
本研究检查了14个编码序列（CDS），包括7个来自马尔堡病毒的序列和7个来自Rousettus aegyptiacus的抗病毒基因[由Lee等人（Lee等人，2015年）报告]，构成了一个涵盖病毒和宿主基因组的跨物种数据集。表1中显示的序列和访问编号来自NCBI数据库（http://www.ncbi.nlm.nih.gov）。为了确保采样的准确性，只选择了长度为3的整数倍且没有未确定部分的CDS。
MARV及其宿主的核苷酸组成
为了研究核苷酸组成对MARV及其宿主R. aegyptiacus中密码子偏好的影响，分析了相对核苷酸比例（图1a）。MARV表现出富A的基因组特征（A：31.92％，T：25.65％，C：23.10％，G：19.31％），表明其基因组整体上富含AT。相比之下，宿主的抗病毒基因显示出C-G富集（C：31.51％，G：29.81％，A：21.68％，T：16.98％）。在第三个密码子位置上，MARV的顺序为T3 > A3 > C3 > G3，而宿主则表现出不同的顺序
讨论
蝙蝠是许多病毒的天然宿主，包括那些会导致人类和牲畜严重疾病的病毒。作为进化上重要的宿主，它们影响人畜共患病原体的传播动态并促进溢出事件。本研究考察了马尔堡病毒与R. aegyptiacus的相互作用，这种蝙蝠尽管无症状，但仍能大量释放病毒颗粒。值得注意的是，Lee等人在R. aegyptiacus中发现了抗病毒基因，表明这些基因可能与病毒的适应性有关
结论
本研究对MARV在其宿主R. aegyptiacus中的复制动态进行了比较分析，发现其复制范围从广泛复制到无症状表现都有。MARV中观察到的密码子偏好偏倚反映了其独特的复制和适应策略，而R. aegyptiacus本身也表现出强烈的密码子偏好。额外的选择压力进一步塑造了病毒和宿主基因。值得注意的是，高RCDI值...
CRediT作者贡献声明
Srinjay Kumar Bharadaj：正式分析。
Nikita Kar：撰写——初稿、验证、方法论、调查、正式分析。
Supriyo Chakraborty：撰写——审稿与编辑、可视化、监督、软件使用、调查、数据管理、概念构思。
Stella Bharadaj：正式分析。
资助
本研究未获得公共、商业或非营利部门的任何特定资助。
利益冲突声明
作者没有需要披露的相关财务或非财务利益。
致谢
我们感谢印度阿萨姆邦Silchar的阿萨姆大学为这项工作提供了必要的实验室设施。
