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期刊：Microbiome
影响因子：16.837
时间：2022年4月
一、研究背景
野生鸟类可能藏匿和传播对人类、家畜和其他野生动物具有潜在致病性的病毒。在候鸟聚集的湖水中可以分离出流感病毒，且可保持传染性达数月。许多野生鸟类有很长的迁徙路线，其携带的微生物可能会发生突变和重组，产生新的病原体，可能在动物或人类中引发新的疫情。因此，了解鸟类迁徙模式和鸟类的病毒组有助于预测新出现的病毒暴发。病毒宏基因组学的进步促使人们研究野生鸟类的肠道病毒体，以开始解决这些问题。
二、研究方法
采集中国8个省18个采样点的3182只鸟类（10个目，87个种）泄殖腔拭子样本，进行病毒宏基因组测序。
三、实验结果
1. 泄殖腔拭子中病毒全貌
对3182份泄殖腔拭子样本进行病毒宏基因组测序，共产生480,609,464个reads，确定了707个完整或接近完整的病毒基因组CDS。这707个基因组属于23个不同的病毒组，包括19个科和4个未分类病毒组(图1B)。其中572个病毒基因组来自野生鸟类，135个基因组来自繁殖鸟类；469个基因组属于RNA病毒，238个属于DNA病毒(图1B)。通过BLASTx分析，发现有265个基因与GenBank中氨基酸序列相似性小于60%，表明这些病毒是新病毒。
图1 识别不同种类鸟类的病毒
2. 鸟类泄殖腔拭子病毒的多样性和分布
通过稀疏曲线(图2A)可以观察到大部分文库的测序深度足以代表鸟类粪便样本中病毒科的存在。利用707个基因组进行映射分析，揭示了病毒的分布情况，鸟类的栖息地(图2B)、目、行为特征和采样点差异。野生鸟类的病毒多样性高于繁殖鸟类(图2B)。有些病毒在种禽和野禽之间表现出不同的分布模式。野生鸟类中Dicistroviridae和Ifaviridae的流行率远高于繁殖鸟类。在目水平上，雀形目鸟类的病毒多样性略高于其他9个目的鸟类。候鸟与留鸟的病毒多样性没有显著差异。不同采样点病毒多样性比较，发现长白山和MES山的粪便样本多样性高于其他采样点。说明不同类型病毒的分布规律因鸟类的饮食和行为特征而不同。
图2 稀疏曲线及病毒分布格局
3. 在鸟类泄殖腔中鉴定到新型RNA病毒
在鸟类泄殖腔拭子中鉴定出469个RNA病毒基因组，属于15个病毒科或未分类组。在这些样本中发现了潜在的禽流感病毒(图1B)，还有一些没有证实可感染鸟类的RNA病毒，它们可能来自鸟类的饮食。研究进一步分析了星状病毒、冠状病毒、逆转录病毒以及小核糖核酸病毒。
从23种不同的鸟类中鉴定了45个星状病毒基因组(图3A)。基于衣壳和RdRp蛋白序列构建系统发育树（图3A-B），发现这些星状病毒为星状病毒属的7个不同的分支。一些菌株在RdRp和衣壳蛋白树上的位置不一致(图3C)，表明发生了基因组重组。序列分析表明，两种星状病毒具有99.3%的衣壳序列同源性，另外两种星状病毒具有99.4%的衣壳序列同源性(图3A)，表明可能存在跨种传播。
图3 在鸟类泄殖腔中发现的星形病毒的系统发育
研究者对来自4种雀形目鸟类的6个冠状病毒基因组进行了特征分析。发现冠状病毒ORF1ab区域的下游序列是高可变区，基因组内的同源交换发生在膜(M)和核衣壳(N)区域(图4A)。基于膜核苷酸序列和基于膜及其下游区域的系统发育树不一致，这表明本研究获得的6个冠状病毒基因组中有4个是重组体(图4B)。
图4 冠状病毒序列相似性扫描与重组分析
在野生黑天鹅、育成金雉和黄腹角雉中获得逆转录病毒科(图5A)。其中两个属于γ逆转录病毒属，与从家鸭和鹅中鉴定的网状内皮增生病毒关系较近(图5A、B和C)。剩下的逆转录病毒具有典型的逆转录病毒基因结构(图5D)。基于RdRp和衣壳蛋白的系统发育，3个基因组被归类为已知的属，其余9种病毒被归类为4个新属，其中2种病毒还包括以前未分类的杯状病毒(图5E)。
图5 逆转录病毒和杯状病毒的系统发育
在本研究中获得了与小核糖核酸病毒科病毒序列相似的32个病毒基因组。RdRp氨基酸序列的系统发育显示它们的亲缘关系(图6A)。其余152个未分类的小核糖核酸病毒或核糖病毒的RNA病毒与已知的病毒家族没有系统发育关系(图6B)，可能来自于饮食。
图6 小核糖核酸病毒科和未分类的核糖病毒的系统发育
4. 鸟类泄殖腔中发现的新型DNA病毒
鉴定到8个科或未分类的238个DNA病毒基因组。42个基因组被归类为细小病毒属（图7A），其中有8株与细小病毒属紧密聚集，其余大部分菌株为新种。来自10种不同鸟类的20个基因组被归为Aveparvovirus属(图7C)。来自4种不同鸟类的9个基因组与先前已知的细小病毒科属太过不同，无法被归为任何确定的属，形成了细小病毒科(图7D)。除了这些基因组被归为细小病毒科外，来自10种不同鸟类的11个基因组显示出与已知的细小病毒样杂交病毒密切关系，属于一种新的细小病毒样基因组类型，起源不确定，可能来自于是硅藻(图7E)。
图7 小病毒和细小样病毒的系统发育
从这些样本中鉴定出环状病毒、小型环状病毒和其他CRESS - DNA病毒。其中，来自15种鸟类的20个环状病毒科，聚在7个不同的分支中，其中5个基因组来自野生鸟类，与感染家禽的喙羽病病毒(BFDV)密切相关(图8 A)。这些环状病毒基因组的基因组大小为1624 - 2490nt，编码Rep蛋白和Cap蛋白的方向相同(图8B)。在4种鸟类中发现了12个小型环状病毒，它们与在哺乳动物和污水样本中发现的已知鼻病毒紧密聚集在一起(图8C)。对其他CRESS-DNA病毒进行系统发育分析，发现其中包含新的病毒科(图8D）。
图8 环状病毒、鼻病毒和其他criss - dna病毒的系统发育
在7种鸟类中鉴定出7个与腺病毒序列相似的基因组，根据DNA聚合酶的氨基酸序列进行系统发育分析，发现在Atadenvirus属内有一个单一的新物种(图9A)。然而，基于penton蛋白序列的系统发育树显示，这3株病毒和之前发现的鹦鹉腺病毒聚集在Atadenvirus属组内的同一个分支中(图9B)，表明基因组发生重组。
图9 腺病毒的系统发育
参考文献
Virome in the cloaca of wild and breeding birds revealed a diversity of signifcant viruses