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南京师范大学韩管助课题组在病毒进化领域取得系列重大进展

 坐山观海在路上 2018-06-24


近日,来自南京师范大学生命科学学院韩管助教授课题组在多个病毒学权威期刊发文揭示病毒进化相关进展,其中在进化生物学领域权威期刊Molecular Biology and Evolution发表了“Insect retroelements provide novel insights into the origin of hepatitis B viruses”揭示关于乙肝病毒起源的最新研究进展;同时在微生物学领域权威期刊PLOS Pathogens和病毒学领域权威期刊Journal of Virology在线发表了生命科学学院韩管助教授课题组在古病毒学领域取得的系列进展。


乙肝病毒属于嗜肝病毒科,在全世界范围内至少感染2亿人,每年导致80万人死亡,严重地威胁着全球公共卫生安全。嗜肝病毒科是一类可以感染多种脊椎动物的逆转录双链DNA病毒。虽然嗜肝病毒和反转座子都能编码逆转录酶,但是目前已知的反转座子和嗜肝病毒亲缘关系都很远。嗜肝病毒的起源至今还是一个未解之谜。


韩管助教授课题组通过对1095种真核生物基因组进行系统分析,在昆虫基因组中发现了与嗜肝病毒亲缘关系很近的反转座元件(被命名为HEART)。系统发生分析表明HEART元件是嗜肝病毒目前已知的最近“亲属”,揭示了嗜肝病毒基因组复杂性的逐步进化模式。该研究还进一步提出了嗜肝病毒可能起源于逃逸的HEART元件的假说,为病毒起源的宿主基因逃逸假说提供了一个可能的实证。HEART元件的发现进一步缩小了嗜肝病毒和反转座子之间的进化缺口,为研究嗜肝病毒的起源和进化提供了全新的视角。



2016级硕士研究生宫震同学为第一作者韩管助教授为通讯作者,相关研究受到自然科学基金、江苏省基础研究计划、江苏省优势学科建设项目等的支持。


病毒进化速度较快且无法形成化石,因此很难来研究它们的远古进化。在偶然的情况下,病毒基因组会整合到宿主基因组中形成内源性病毒元件,这为研究病毒进化提供了重要的“分子化石”。古病毒学是一门新兴的学科,主要通过病毒“分子化石”来研究病毒的远古进化以及远古病毒对宿主生物学的影响。


逆转录病毒感染脊椎动物,可引发多种疾病(如艾滋病和癌症)。目前对于逆转录病毒的远古史和早期进化仍所知甚少。韩管助课题组开发了一种能够更加灵敏地挖掘内源性逆转录病毒的新策略,并利用该策略在92种脊椎动物基因组中共挖掘到了8000余条内源性逆转录病毒。该研究揭示了内源性逆转病毒普遍存在于脊椎动物基因组中,大量的外源逆转录病毒可能还有待于被发现。


该研究通过系统发生分析将逆转录病毒分为五个主要支系,并将其命名为“金”、“木”、“水”、“火”和“土”逆转病毒支系。该研究还发现水陆界面并不是逆转录传播的一个严格屏障,感染陆生脊椎动物的逆转录病毒可能为多次独立起源。该研究丰富了我们对于逆转录病毒多样性、分类系统和远古进化的理解。这项研究以“Endogenous retroviruses of non-avian/mammalian vertebrates illuminate diversity and deep history of retroviruses”为题发表在微生物学领域权威研究期刊PLOS Pathogens上,并被PLOS Pathogens选为Featured Research Article。2015级硕士研究生许晓雨为该论文的第一作者,2014级本科生赵华瑶为该论文的第二作者,韩管助教授为该论文的通讯作者。 


目前认为拟逆转录病毒仅可以感染被子植物。韩管助课题组通过大规模比较基因组学分析首次在蕨类和裸子植物基因组中发现了内源性拟逆转录病毒,证明了内源性拟逆转录病毒普遍存在于真叶植物基因组中,是真叶植物基因组的重要组成部分。该研究发现感染被子植物的拟逆转录病毒仅占植物拟逆转录病毒多样性的很少一部分,并且具有多次独立起源。该研究估测植物拟逆转录病毒至少有一亿年的历史,揭示了植物拟逆转录病毒的远古起源。该研究丰富了我们对于植物拟逆转录病毒多样性和宏进化的理解。该研究以“Euphyllophyte paleoviruses illuminate hidden diversity and macroevolutionary mode of Caulimoviridae”为题发表在病毒学领域权威研究期刊Journal of Virology上。2016级硕士研究生宫震为该论文的第一作者,韩管助教授为该论文的通讯作者。



相关研究得到了国家自然科学基金、江苏省基础研究计划、江苏省优势学科建设项目等的支持。


PI简介:韩管助,博士,南京师范大学教授。2015至今:南京师范大学,生命科学学院,教授;2010-2014:美国University of Arizona,生态与进化生物学专业,博士;2005-2009:山东师范大学,生物技术专业,学士。邮箱:guanzhu@njnu.edu.cn


研究方向:由病毒引发的流行病正严重地威胁着全球公共卫生安全以及社会经济发展。理解病毒进化对于病毒流行病的监测、防控以及预测具有十分重要的意义。我们实验室在进化生物学框架下整合了野外采样、分子生物学、进化分析和理论算法开发等方法来研究病毒的多样性和进化以及病原与宿主间互作的进化。我们实验室主要研究方向包括:

  • 病毒进化和古病毒学;

  • 新发流行病起源和进化;

  • 宿主与病原间进化军备竞赛;

  • 分子进化和进化基因组学。


论文著作(*通讯作者)

 

1.Xu X, Zhao H, Gong Z, Han GZ*. (2018). Endogenous retroviruses of non-avian/mammalian vertebrates illuminate diversity and deep history of retroviruses. PLOS Pathogens doi: 10.1371/journal.ppat.1007072

2.Gao Y, Wang W, Zhang T, Gong Z, Zhao H, Han GZ*. (2018). Out of water: the origin and early diversification of plant R-genes. Plant Physiology177:82-89.(同期Plant Physiology的On the Inside对该论文进行了推荐)

3.Gong Z, Han GZ*. (2018). Euphyllophyte paleoviruses illuminate hidden diversity and macroevolutionary mode of Caulimoviridae. Journal of Virology92:e02043-17.

4.Wang W, Han GZ*. (2018). The expanding diversity of RNA viruses in vertebrates. Trends in Microbiology26:465-466.

5.Han GZ*. (2017). Evolution of jasmonate biosynthesis and signaling mechanisms. Journal of Experimental Botany 68:1323-1331.

6.Gong Z, Xu X, Han GZ*. (2017). The diversification of Zika virus: Are there two distinct lineages? Genome Biology and Evolution9:2940-2945.

7.Ren Q, Wang C, Jin M, Lan J, Ye T, Hui K, Tan J, Wang Z, Wyckoff G*, Wang W, Han GZ*. (2017). Co-option of bacteriophage lysozyme genes by bivalve genomes. Open Biology7:160285.

8.Gong Z, Xu X, Han GZ*. (2017). ‘Patient 0’ and the origin of HIV/AIDS in America. Trends in Microbiology 25:3-4.

9.Han GZ*. (2017). A single substitution changes Zika virus infectivity in mosquitoes. Trends in Microbiology 25:603-605.

1o.Gao Y, Zhao H, Jin Y, Xu X, Han GZ*. (2017). Extent and evolution of gene duplication in DNA viruses. Virus Research240:161-165.

11.Gong Z, Gao Y, Han GZ*. (2016). Zika virus: two or three lineages. Trends in Microbiology24:521-522.

12.Du L, Han GZ*. (2016). Deciphering MERS-CoV evolution in dromedary camels. Trends in Microbiology 24:87-89.

13.Song J, Zhai P, Zhang Y, Zhang C, Sang H, Han GZ, Keller NP, Lu L. (2016). The Aspergillus fumigatus damage resistance protein family coordinately regulates ergosterol biosynthesis and azole susceptibility. mBio7:e01919-15.

14.Wang C, Li S*, Han GZ*. (2016). Commentary: Plant auxin biosynthesis did not originate in charophytes. Frontiers in Plant Science 7:158.

15.Chen R, Han GZ. (2016). Dengue in China: comprehensive phylogenetic evaluation reveals evidence of endemicity and complex genetic diversity. American Journal of Tropical Medicine and Hygiene94:198-202.

16.Han GZ*, Worobey M*. (2015). A primitive endogenous lentivirus in a colugo: insights into the early evolution of lentiviruses. Molecular Biology and Evolution 32:211-215.

17.Wang C, Liu Y, Li S*, Han GZ*.(2015). Insights into the origin and evolution of plant hormone signaling machinery. Plant Physiology 167:872-886.(同期Plant Physiology的On the Inside对该论文进行了推荐,Current Opinion in Microbiology和Current Opinionin Plant Biology推荐为of special interest和of outstanding interest文章,入选ESI植物和动物科学高被引论文)

18.Han GZ*. (2015). Extensive retroviral diversity in shark. Retrovirology 12:34.

Worobey M*, Han GZ, Rambaut A*. (2014). A synchronized global sweep of the internal genes of modern avian influenza virus. Nature508:254-257.(Nature Reviews Microbiology作为研究亮点进行了推荐,Nature News对该论文进行了报道,入选ESI微生物学高被引论文)

19.Wang C, Liu Y, Li S*, Han GZ*. (2014). Origin of plant auxin biosynthesis in charophyte algae. Trends in Plant Science19:741-743.

20.Worobey M*, Han GZ, Rambaut A. (2014). The genesis and pathogenesis of the 1918 influenza pandemic. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America111:8107-8112.(帝国理工学院Steven Riley教授在同期PNAS撰写了Commentary对该论文进行了推荐,纽约时报、国家地理等媒体对该论文进行了报道)

21.Han GZ*, Worobey M*. (2014). Endogenous viral sequences from the Cape golden mole (Chrysochlorisasiatica) reveal the presence of foamy viruses in all major placental mammal clades. PLOS ONE9:e97931.

22.Worobey M, Han GZ. (2013). The origins and diversification of HIV. In, Sande's HIV/AIDS Medicine: Medical Management of AIDS 2013. Volberding PA, Greene WC, Lange J, Gallant JE, and Sewankambo N Eds. (Saunders Elsevier, Philadelphia).

23.Han GZ*, Worobey M*. (2012). Endogenous lentiviral elements in the weasel family (Mustelidae). Molecular Biology and Evolution 29:2905-2908.

24.Han GZ*, Worobey M*. (2012). An endogenous foamy-like viral element in the coelacanth genome. PLOS Pathogens8:e1002790.

25.Han GZ*, Worobey M*. (2012). An endogenous foamy virus in the aye-aye (Daubentoniamadagascariensis). Journal of Virology 86:7696-7698.

26.Han GZ*, Worobey M. (2011). Homologous recombination in negative sense RNA viruses. Viruses 3:1358-1373.

27.Han GZ*, Boni MF, Li S*. (2010). No observed effect of homologous recombination on the evolution of influenza C virus. Virology Journal 7:227.

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29.Wang D, Fan W, Han GZ, He C. (2009). The selection pressure analysis of chicken anemia virus structural protein gene VP1. Virus Genes 38:259-262.

30.Sun X, Wu K, Zhao Y, Kong F, Han GZ, Jiang H, Huang X, Li R, Wang H, Li S. (2009). QTL analysis for kernel shape and weight using recombinant inbred lines in wheat. Euphytica 165:615-624.

31.Han GZ*, Liu X, Li S. (2008). Caution about Newcastle disease virus-based live attenuated vaccine. Journal of Virology 82:6782.

32.Han GZ, He C, Ding N, Ma L. (2008). Identification of a natural multi-recombinant of Newcastle disease virus. Virology371:54-60.

33.Han GZ*, Liu X, Li S*. (2008). Cross-species recombination in the haemagglutinin gene of canine distemper virus. Virus Research 136:198-201.

34.Han GZ*, Liu X, Li S*. (2008). Homologous recombination is unlikely to play a major role in influenza B virus evolution. Virology Journal 5:65.

35.He C, Han GZ, Wang D, Liu W, Li G, Liu X, Ding N. (2008). Homologous recombination evidence in human and swine influenza A viruses. Virology 380:12-20.

36.Li L, Wang J, Guo Y, Jiang F, Xu Y, Wang Y, Pan H, Han GZ, Li R, Li S. (2008). Development of SSR makers from ESTs of gramineous species and their chromosome location on wheat. Progress in Natural Science 18:1485-1490.

参考来源:南京师范大学

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