Горизонтальный перенос генов может помочь гигантскому вирусу выжить в неблагоприятных условиях

У некоторых гигантских вирусов геном по размеру сравним с геномами небольших бактерий. Такие вирусы относятся к типу Nucleocytoviricota. Ранние исследования позволили предположить, что они эволюционировали от предков меньшего размера, приобретая гены в результате генной дупликации, создания генов de novo и горизонтального переноса генов (HGT).

Пандоравирусы — одни из самых крупных представителей Nucleocytoviricota, размер их вириона — 1 мкм, размер генома — 1,5–2,5 м.п.н., геном содержит 1000–2000 генов, большая часть которых пока не была функционально охарактеризована. Часть генов участвует в работе клетки и вирусной репликации, однако некоторых генов, обычно встречающихся в вирусах, нет (например, ген основного белка капсида). Исследователи из Японии изолировали новый штамм пандоравируса из осадка из пресноводного озера. Его геном был на 200 т.п.н. больше, чем у других штаммов вида. При сравнении был выявлен участок длинной 180 т.п.н., содержащий 168 генов, который отсутствует у близких родственников штамма, но присутствует у дальних. Авторы показали, что этот участок мог появиться в результате HGT.

Авторы секвенировали геном нового пандоравируса и получили последовательность длиной 1 970 084 п.н. Вновь выделенный вирус продемонстрировал среднюю нуклеотидную идентичность (ANI) 97,2% и 98,3% по отношению к Pandoravirus japonicus (PanV-jap) и Pandoravirus pampulha штамм 8.5 (PanV-pam) соответственно. Исследователи идентифицировали 1777 белоккодирующих генов. Вирус принадлежал к кладе A-I. Филогенетический анализ подтвердил близкое родство с PanV-jap и PanV-pam. На основе этих данных новый вирус отнесли к виду Pandoravirus pampulha и обозначили как PanV-biw (Pandoravirus pampulha Biwa по названию озера).

У PanV-biw выявили участок длиной 180 т.п.н., который отсутствует у PanV-jap и PanV-pam. Авторы подтвердили, что это не артефакт сборки. Области, схожие с этой областью, были обнаружены у пандоравирусов — дальних родственников PanV-biw, таких как Pandoravirus salinus (PanV-sal) и Pandoravirus inopinatum (клада A-II). У другого представителя клады A-II — Pandoravirus talik — область отсутствовала. У вирусов клады B обычно сохранялась 5’-фланкирующая область, но не 3’. Таким образом, существует два предположения: эта область присутствовала у общего предка вирусов клады А, но была утрачен у большинства вирусов клады А-I и Pandoravirus talik, или она была перенесена горизонтально от вируса клады А-II к PanV-biw.

Оказалось, что белки, закодированные выявленной областью, больше похожи на другие белки PanV-sal, а не на оставшиеся белки PanV-biw. Это свидетельствует в пользу HGT. Более того, GC-состав равнялся 59,8% в новой области и 63,5% в остальном геноме PanV-biw. У PanV-sal были области с GC составом 59,6%.

Среди 168 генов, закодированных на 180 т.п.н. области, 119 были отнесены к 83 ортологичным группам (OG). В 20 OG было более одной копии генов. Эти и другие данные свидетельствуют о том, что в области длиной 180 т.п.н. произошла экспансия перед горизонтальным переносом. Анализ фланкирующих последовательностей показал, что при HGT произошла не инсерция, а замена одной области на другую.

Некоторые гены, находящиеся в анализируемой области, функционально аннотировали. Один ген кодировал дигидрофолатредуктазу (DHFR), которая вовлечена в синтез важных метаболитов, таких как тимидин. Также в этой области находились гены, кодирующие вирусный убиквитин. Считается, что гигантские вирусы используют эти гены, перенаправляя систему убиквитина хозяина на свои нужды. Это может усиливать их репликацию. Гены DHFR и убиквитина присутствуют и за пределами изучаемой области, но дополнительные копии этих генов могут способствовать захвату клеточного механизма хозяина и помогать вирусу выжить в неблагоприятных условиях.

Гигантские вирусы произошли от более мелких вирусных предков