在国家自然基金与国家重大专项等支持下，中国疾病预防控制中心(CDC)传染病预防控制所张永振研究员带领的人兽共患病研究团队(包括传染病所人兽共患病室、武汉市CDC、温州市CDC、澳大利亚悉尼大学)在70种节肢动物中发现了112种从未被报道过的全新病毒，并命名了一个全新病毒科(楚病毒科)。这一研究成果以 “节肢动物中RNA病毒的高度多样性揭示了负链RNA病毒的起源与进化— Unprecedented genomic diversity of RNA viruses in arthropods reveals the ancestry of negative-sense RNA viruses” 为题发表于2015年1月29日出版的eLife杂志上，eLife杂志是生命科学领域里的顶级期刊。该研究在中国CDC传染病预防控制所完成，第一作者为中国CDC传染病所博士研究生李辞修、传染病所/悉尼大学联合培养博士研究生施莽、武汉市CDC田俊华、温州市CDC林献丹、以及传染病所博士研究生康雁君。

        本研究在我国的湖北、浙江、新疆等地采集了4个纲(昆虫纲、蛛形纲、唇足纲、软甲亚纲)的70种节肢动物，采用了最先进的宏转录组方法，发现了112种全新负链RNA病毒，这些RNA病毒基因组编码的氨基酸序列与已知病毒间的差异最高达到84%。按照国际病毒分类委员会的分类标准，其中相当多的新发现病毒与已知病毒差异很大，至少可以分在16个潜在的新病毒科/属。该研究在发表的论文中还直接命名了一个全新病毒科—楚病毒科(Chuviridae)。其他新发现的病毒大大丰富了单股负链RNA病毒目，沙粒病毒科、布尼亚病毒科、正粘病毒科，以及3个未定属(纤细病毒属，Emaravirus病毒属、巨脉病毒属)等的遗传多样性。

        负链RNA病毒是对人类危害最大的病毒，能引起人流感、出血热、脑炎、狂犬病等。基因组结构具有非常高的多样性，其基因组可以为完整单链病毒(如狂犬病毒与埃博拉病毒)，也可以为分节段单链病毒(如布尼亚病毒与流感病毒);分节段病毒的基因组从2个基因节段到8个基因节段不等。但不同科病毒的基因组结构具有一致性。而本次研究发现的楚病毒科的病毒进化上处于单链病毒与分节段病毒之间，其基因组结构不但包括完整单链病毒，也有分节段病毒。更独特的是，楚病毒的基因组还存在着环状结构，这种基因组结构不仅存在于单链病毒，也存在于分节段病毒。楚病毒也是至今世界上发现的第一个具有环状基因结构的完整RNA病毒，这一发现不但对研究病毒基因组的起源进化提供了新的启发，而且其复制机制及其对基因组分节段的影响也值得进一步深入研究。另外，在开放阅读框(ORF)的数量与排列方式上，新发现的楚病毒科病毒与进化关系最近的单股负链RNA病毒目的病毒也有着显著差异，尤其是楚病毒有独特和可变的基因顺序;其基因组的构成也比单股负链RNA病毒目病毒要简洁得多，而且其ORFs编码2-3个主要的蛋白，这一特点恰与分节段病毒比较相似。

        该研究还发现，在负链RNA病毒的进化过程中，基因组分节段的数量没有明显增加或减少的趋势，但是其变化的频率却很高，其中包括多次从单节段到2节段的改变，也包括从3节段到2节段、以及从3节段到更多节段的改变。另外，虽然该研究对系统进化的分析主要集中在相对保守的RNA依赖的RNA聚合酶(RdRp)，对于分节段病毒，该研究寻也找到了编码相对应结构蛋白(主要是糖蛋白和核蛋白)的其他节段序列。更奇怪的是，在蜱携带的一组白蛉病毒属病毒中，RdRp和核蛋白与乌库尼米有较高的序列同源性，但编码的糖蛋白基因节段却发生了缺失。同样这种糖蛋白基因序列缺失还出现在楚病毒科和其他单节段的负链RNA病毒中。造成这种“不完整”病毒基因组的原因及其生物学意义值得进一步的研究。

        本研究发现的新病毒在进化树上处于祖先枝的位置，而且在各病毒科属中，新发现的利用节肢动物作为宿主或媒介的病毒包含了与脊椎动物和植物相关的大部分负链RNA病毒。这些结果充分说明节肢动物携带的病毒是包括流感病毒、沙粒病毒、汉坦病毒、埃博拉病毒、狂犬病毒等在内所有已知脊椎动物和植物里发现的负链RNA病毒的最终起源。该研究还发现基因组结构不同的病毒(分节段和不分节段)可以联系起来，体现了基因组结构在进化过程中的连续性、多样性、以及灵活性。事实上，与脊椎动物相关的分节段与不分节段病毒(沙粒冰毒、波尔纳病毒、丝状病毒、汉坦病毒、流感病毒、狂犬病毒、副粘病毒)在系统进化树中位于新发现节肢动物相关病毒的里面。同样，被节肢动物相关病毒包含的还有植物相关病毒(如番茄斑萎病毒、纤细病毒、植物弹状病毒、巨脉病毒等)。尽管一个节肢动物物种可以携带多种RNA病毒，但许多病毒似乎与生活在同一个生态位的不同种节肢动物相关联;反过来，同一个生态位的宿主与亲缘关系较远的物种也可以携带类似的病毒。这意味着在生态和地理接近的地方，病毒频繁的跨种间传播和偶尔跨属间传播事件是存在的。

        新发现的112种病毒对人与动物的影响还有待于进一步研究。自然界中还有存在着很多尚未被人类认识的未知病原体，发现并明确未知病原体的结构特征、与已知病原体间的进化关系，不但有助于揭示生命的起源与进化，更有助于提高我们对新发突发传染病的防控能力。

图1. 负链RNA病毒的基因组结构及其进化关系

图2. 负链RNA病毒在植物、节肢动物、脊椎动物中的传播关系

     张永振研究员带领的人兽共患病室于2015年3月9日在《eLife》杂志第4卷3期上发表题为“节肢动物中RNA病毒的高度多样性揭示了负链RNA病毒的起源与进化 — Unprecedented genomic diversity of RNA viruses in arthropods reveals the ancestry of negative-sense RNA viruses”的学术论文。eLife在同期发表了由国际权威遗传进化学家撰写的“节肢动物是病毒进化的“心脏”吗？— Are arthropods at the heart of virus evolution?”评论文章。该评文章长达3页，高度评价了我所论文在病毒发现及其遗传进化上的重要科学意义。


节肢动物是病毒进化的“心脏”吗？

        ——昆虫、蜘蛛、以及其它节肢动物中负链RNA病毒的巨大多样性表明这些动物可能是病毒起源和进化的核心。
Gytis Dudas，Darren J Obbard

	相关论文：Li CX, Shi M, Tian JH, Lin XD, Kang YJ, Chen LJ, Qin XC, Xu J, Holmes EC, Zhang YZ. 2015. Unprecedented genomic diversity of RNA viruses in arthropods reveals the ancestry of negativesense RNA viruses. eLife 4:e05378.doi: 10.7554/ eLife.05378
图：节肢动物携带大量的负链RNA病毒（黑色标注的为来自于节肢动物的病毒）。

　　病毒是生命树上数量最多，也最具有多样性的一支（Koonin and Dolia, 2013）。由于它们很难被检测到，而且现今从环境中所获得大规模的遗传数据也仅向我们展现了病毒确实数量庞大和遗传多样，因次它们被称为生物学中的“暗物质”。这些“宏基因组”测序研究让我们对各种生态位（包括海洋，脊椎动物粪便等）中的病毒有了革命性的认识（e.g., Delwart, 2007; Kristensen et al. 2010; Rosario and Breitbart, 2011; Willner and Hugenholtz, 2013）。
　　
　　然而，大部分的研究主要集中在DNA病毒或正链RNA病毒，很少涉及到负链RNA病毒，因此至今对于负链RNA病毒（包括引起流感、麻疹、埃博拉、以及很多其它引起动植物疾病的病毒）进化历史的研究还是空白。现在，中国疾病预防控制中心的张永振和同事采用了一种全新的方法来研究这些负链RNA病毒的多样性。他们对大量的昆虫，蜘蛛及其它节肢动物进行宏基因组测序，从而使我们对负链RNA病毒的认知达到了前所未有的广度和深度（Li et al. 2015）。
　　
　　张和其同事（也包括来自悉尼大学、武汉疾控中心及温州疾控中心的合作者）从中国多个地方采集了70种节肢动物标本，对其进行RNA提取和测序。从这些RNA中，他们发现了112种新的负链RNA病毒，并对RNA聚合酶基因进行系统进化分析。张和其同事发现，这些新发现的病毒分布在负链RNA 病毒系统发生树的各个角落（图1；Li et al. 2015）。这些发现填补了目前主要的知识空白，更新了我们对病毒之间进化关系的认知。比如，他们的工作证实了主要感染啮齿动物的沙粒病毒（译者注：沙粒病毒科）与之前感染植物的两个尚未确定分类地位病毒属（Ecker et al. 2005; Kormelink et al. 2011）都归属于布尼亚病毒科。
　　
　　他们还发现了负链病毒中一个全新的病毒枝，并命名为楚病毒（图1）。在这枝病毒中，部分病毒的基因组结构为单链RNA，部分为多节段的RNA。因此，新发现的楚病毒很可能是连接分节段和不分节段病毒间的进化桥梁。这些发现除了为我们展现出对病毒多样性认识的快捷步伐，同时也突显出对已有病毒分类规则需要作出修改（e.g., Brister et al. 2015）。
　　
　　尽管这种深度进化分析是非常具有挑战性的，也可以说是探索的，但仅就从这些新病毒的数量和多样性已经可以说明，节肢动物在病毒进化中的重要性。确实，张和同事证明，这些病毒的起源和分化可以与节肢动物的生物学直接联系在一起。尤为重要的是，节肢动物具有无与伦比的数量及其多样性，结合其丰富的寄生生活方式，可能意味着节肢动物作为病毒宿主和载体的独特地位，并在病毒进化中起着非常重要的作用。这是一个非常吸引人的假设，并且是现今研究值得关注的地方。
　　
　　然而，还有一些重要的问题尚待解决。首先，尽管病毒基因组序列是在节肢动物样本中发现，但这些病毒是不是代表着真正对节肢动物的感染还有待于确定。有一种可能是：有些病毒序列可能是由节肢动物的食物或其体内寄生虫（如线虫或单细胞真核生物）携带的。关于这个问题的解答需要后续实验验证，但是目前这个问题还没有结论。
　　
　　其次，尽管在节肢动物里发现的负链RNA病毒数量惊人，但张与同事所开展的这种类型的大规模研究还是第一次。这可能会影响我们（针对病毒及其宿主）的认识，也许对其它类别的动物进行类似的调查可能会再一次改变我们这些问题的认识。尽管很多有针对陆生脊椎动物相关病毒的研究，但是这些陆生脊椎动物物种多样性有限（～30000种），从而也约束了其携带病毒的多样性。比节肢动物数量更丰富的线虫（Platt, 1994），也许可能携带更多的病毒，应引起我们的重视。事实上，在文章中，张和同事指出，存在于节肢动物标本里的一些病毒，与在线虫和扁虫里发现的病毒有同源关系。因此，在研究更加广泛（物种）的病原谱之前，我们还很难确定节肢动物在病毒进化上的特殊地位。
　　
　　这个研究引申出了很多令人兴奋的新问题。例如，尽管在节肢动物中发现了许多负链RNA病毒的类群，但值得注意的是有一些病毒的类群却没有在节肢动物中发现（Li et al. 2015）。比如说，在正粘病毒科中，他们在节肢动物中发现了很多与蜱传Quaranja病毒相近的病毒，但却没有发现与感染脊椎动物的流感病毒相近的病毒。同样，在节肢动物中也未能发现与感染哺乳动物的埃博拉或其它线状病毒（Ecker et al. 2005）相近的病毒。通过这些结果我们可以推测，这些病毒类群可能和哺乳类宿主的关系有着很久的历史。
　　
　　最后，尽管张和其同事只报道了负链RNA病毒的结果，但这个研究所采用的方法适用于所有类别的病毒。因此，对于别的病毒，尽管之前已经有了相对广泛的采样（和研究），我们仍然希望从这个前所未有的数据库中得到更多的惊喜。

张教授做的虫媒病毒好厉害啊