《Nature Microbiology》：Latent endogenous giant viruses drive active infection and inheritance in a multicellular algal host
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内源性病毒元件(EVE)插入宿主基因组通常被视为过去感染的惰性遗迹。它们是否能保留感染潜力并促进活跃的病毒周期，这一问题在很大程度上仍未解决。在此，研究人员证明，多细胞藻类Ectocarpus中的巨型病毒元件可以重新激活并驱动生产性病毒感染。利用长读长测序(l
内源性病毒元件(EVE)插入宿主基因组通常被视为过去感染的惰性遗迹。它们是否能保留感染潜力并促进活跃的病毒周期，这一问题在很大程度上仍未解决。在此，研究人员证明，多细胞藻类Ectocarpus中的巨型病毒元件可以重新激活并驱动生产性病毒感染。利用长读长测序(long?read sequencing)和转录组学(transcriptomics)，研究人员鉴定了宿主基因组内全长、转录活跃的类褐藻病毒(Phaeovirus)，并利用经典遗传学和CRISPR?Cas技术证明这些元件通过种系稳定遗传，而其重新激活则受发育和环境线索（包括温度）精确调控。研究人员解析了基因组整合位点，并提出了褐藻病毒的整合与复制机制。这项工作提供了直接证据，揭示了巨型病毒元件如何在多细胞真核生物中重新激活、复制并进行水平和垂直传播的机制，建立了巨型双链DNA(dsDNA)病毒潜伏、遗传及进化影响的新模型。
本研究聚焦于海洋生态系统中一类特殊的病毒?宿主互作关系，针对长期以来关于内源性病毒元件(EVE)是否仅为进化遗迹的争议，研究人员以多细胞褐藻Ectocarpus为模型展开了深入探索。尽管海洋病毒在微藻和浮游生物中的生态学作用已被广泛认知，但关于大型海藻（如褐藻）中病毒动态的研究相对滞后。褐藻作为海岸带生态系统的关键初级生产者，其病毒（特别是属于Nucleocytoviricota门的褐藻病毒Phaeovirus）早在20世纪70年代就被发现，但其功能基因组学特征及生命周期策略尚不明确。特别是，虽然实验室保存的藻类品系中观察到了跨代遗传的病毒症状，但其遗传基础和分子机制一直缺乏直接证据。
为了阐明这一机制，研究人员构建了三个Ectocarpus品系（Ec01、Ec17、Ec267）的高质量染色体级别基因组图谱，结合长读长测序技术与转录组学分析，筛选并鉴定了多个全长EVE。在此基础上，他们利用经典遗传学分离群体、CRISPR?Cas基因编辑技术以及低温诱导实验，系统研究了这些EVE的活性、遗传规律及环境响应机制。
在技术方法层面，本研究主要采用了以下关键技术：首先，利用牛津纳米孔技术(Oxford?Nanopore)进行长读长基因组测序，完成了染色体级别的组装；其次，运用ViralRecall工具在全基因组范围内识别EVE；第三，构建减数分裂子代分离群体，结合定量PCR(qPCR)和表型观察进行连锁遗传分析；第四，利用CRISPR?Cas12a系统对特定EVE进行靶向敲除验证；第五，采用Nanopore基因组DNA测序追踪病毒基因组的复制形式；最后，结合透射电子显微镜(TEM)和流式细胞术对病毒粒子进行形态学和功能学鉴定。
研究结果部分主要包括以下内容：
Several complete EVEs in Ectocarpus
研究人员在Ectocarpus的不同品系中鉴定出多个完整的EVE，长度在288?kb至407?kb之间。系统发育分析表明，这些EVE来源于不同的病毒分支，且在Ec17品系中表现出高度的多样性，而在Ec267品系中则显示出近期扩增的特征。值得注意的是，研究人员发现这些EVE均携带一个酪氨酸重组酶(tyrosine recombinase)基因，该酶被认为是介导病毒整合的关键酶。
Vertical transmission of EVEs leads to symptomatic algal progeny
通过对Ec17和Ec267的减数分裂子代进行表型与基因型关联分析，研究人员发现病毒症状与特定EVE的存在严格连锁。例如，Ec17的子代中约47.5%表现症状，且仅与EVEc的存在完全相关。进一步的杂交实验证明，这些功能性EVE能够通过配子稳定地垂直传递给后代。最为关键的是，利用CRISPR?Cas技术敲除EVEc后，藻类完全恢复了健康的表型，确立了EVE活性与症状之间的因果关系。
EVEc latency and activation
研究发现EVEc的激活具有显著的发育阶段特异性和环境依赖性。仅在低温（10?°C）条件下，EVEc才会在生殖细胞（配子囊gametangia）中表现出强烈的转录活性，而在高温（20?°C）下则保持沉默。Nanopore测序数据显示，激活后的EVEc能够发生环化，并通过预测的末端酶(resolvase)作用形成线性复制中间体。透射电镜观察证实了受感染细胞中充满直径约150?nm的六边形病毒样颗粒(virus?like particles, VLP)，流式细胞术也捕获到了释放的病毒粒子群体。
讨论部分指出，本研究揭示了多细胞真核生物中一种前所未有的潜伏感染模式：整合的巨型DNA病毒可以通过种系垂直传播，并在特定的发育信号和环境压力（如低温）下重新激活，完成从潜伏到裂解的完整生命周期。这种模式不同于噬菌体Lambda的溶原循环，也不同于疱疹病毒(Herpesviruses)的附着方式，代表了褐藻病毒特有的持久性策略。此外，研究人员通过比较基因组学发现，褐藻病毒与黄藻病毒(Xanthophyceae)可能共享一套古老的、基于酪氨酸重组酶的整合机制，暗示了这种生活方式在藻类演化史上可能已超过4亿年。该研究不仅解决了关于褐藻病毒遗传数十年的谜题，也为理解巨型病毒在真核生物进化中的深远影响提供了新的视角。该成果发表于《Nature Microbiology》。
