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近日在線發(fā)表于《科學(xué)》的一項(xiàng)新研究顯示，從世界各地收集的海水樣本為人們提供了一個(gè)關(guān)于RNA病毒的新數(shù)據(jù)寶庫，增加了生態(tài)學(xué)研究的可能性，重塑了人們對(duì)這些微小但重要的亞微觀顆粒如何進(jìn)化的理解。

將機(jī)器學(xué)習(xí)分析與傳統(tǒng)發(fā)育樹相結(jié)合，一個(gè)國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)確定了5500個(gè)RNA病毒新物種，它們代表了所有已知的5個(gè)RNA病毒門，且至少需要5個(gè)新的RNA病毒門囊括它們。其中，最豐富的新發(fā)現(xiàn)物種屬于研究人員擬命名的Taraviricota門。

論文主要作者、美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)微生物學(xué)教授Matthew Sullivan表示：“對(duì)我們的世界而言，RNA病毒顯然很重要，但我們通常只研究其中一小部分——幾百種危害人類、植物和動(dòng)物的病毒。我們想在非常大的范圍內(nèi)系統(tǒng)地研究它們，探索一個(gè)尚未被深入研究過的環(huán)境。我們很幸運(yùn)，因?yàn)閹缀趺總€(gè)物種都是新的。”

“整個(gè)海洋中都發(fā)現(xiàn)了Taraviricota門，表明它們?cè)谏鷳B(tài)上很重要。”Sullivan舉例說。

微生物是地球上所有生命的重要組成部分，感染它們或與其相互作用的病毒對(duì)微生物功能有多種影響。這些病毒被認(rèn)為有3個(gè)主要功能：殺死細(xì)胞，改變被感染細(xì)胞管理能量的方式，以及將基因從一個(gè)宿主轉(zhuǎn)移到另一個(gè)宿主。

研究人員稱，更多地了解海洋中病毒的多樣性和豐度，將有助于解釋海洋微生物在海洋適應(yīng)氣候變化中的作用。他們此前的研究表明，海洋病毒是生物泵的“旋鈕”，影響著海洋中的碳儲(chǔ)存方式。

長(zhǎng)期以來，Sullivan團(tuán)隊(duì)一直對(duì)海洋中的DNA病毒物種進(jìn)行分類，使其數(shù)量從2015年至2016年的幾千種增加到2019年的20萬種。該團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在的工作主要集中在RNA病毒病原體分類上。

盡管研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了屬于現(xiàn)有分類的數(shù)百種RNA病毒新物種，但他們的分析更發(fā)現(xiàn)了數(shù)千種以上的病毒“無門無派”，于是將它們歸入5個(gè)新提出的門：Taraviricota、Pomiviricota、Paraxenoviricota、Wamoviricota和Arctiviricota。國(guó)際病毒分類委員會(huì)最近確認(rèn)了5個(gè)門。

在此前的DNA病毒研究中，科學(xué)家使用病毒顆粒完成分析。而在目前檢測(cè)RNA病毒的過程中，沒有需要研究的病毒顆粒。相反，他們從漂浮在海上的生物體所表達(dá)的基因中提取序列，并將分析范圍縮小到包含一種被稱為RdRp的特征基因的RNA序列。該基因在RNA病毒中進(jìn)化了數(shù)十億年，而在其他病毒或細(xì)胞中不存在。

由于RdRp可以追溯到地球上首次發(fā)現(xiàn)生命之時(shí)，其序列位置已經(jīng)多次偏離，這意味著傳統(tǒng)的系統(tǒng)發(fā)育樹不可能僅用序列描述。取而代之的是，該團(tuán)隊(duì)使用機(jī)器學(xué)習(xí)處理4.4萬個(gè)新序列，并通過對(duì)已經(jīng)識(shí)別的RNA病毒序列進(jìn)行分類，準(zhǔn)確驗(yàn)證了該方法。

“我們必須以已知為基準(zhǔn)研究未知。”Sullivan表示，“我們創(chuàng)造了一種可重復(fù)計(jì)算的方法，將這些序列對(duì)齊到我們更有把握的位置，從而準(zhǔn)確地反映了進(jìn)化。”

利用三維序列結(jié)構(gòu)和比對(duì)的進(jìn)一步分析顯示，5500個(gè)新物種不符合現(xiàn)有的5個(gè)RNA病毒門。論文第一作者之一、俄亥俄州立大學(xué)微生物學(xué)家Ahmed Zayed說：“我們根據(jù)已知公認(rèn)的基于系統(tǒng)發(fā)育的分類群對(duì)它們進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)我們的分類更豐富。”

這些發(fā)現(xiàn)使研究人員不僅提出了5個(gè)新的RNA病毒門，而且提出了至少11個(gè)新的RNA病毒分類。

“RdRp基因隨時(shí)間分化的新數(shù)據(jù)，使我們更好地了解地球上的早期生命可能是如何進(jìn)化的。所以我們不僅在追蹤病毒的起源，也在追蹤生命的起源。”Zayed表示。(作者：王方)