文摘
一种新型viral-induced裂解系统最近已经发现两个不相关的古细菌病毒,STIV SIRV2。前感染宿主细胞的裂解,形成独特的金字塔结构裂解在细胞表面的突出基础通过覆盖外部S-layer细胞膜。正是通过这些金字塔结构,组装在裂解病毒粒子释放。STIV病毒蛋白c92负责这些裂解结构的形成。我们寻找c92-like蛋白在病毒序列在多个病毒和细胞宏基因组库从黄石国家公园温泉酸性环境。系统发育分析这些蛋白质表明,尽管c92-like蛋白质是发现在这些环境中,有些是很发散,可能代表新病毒的家庭。我们假设这个新的病毒裂解系统是常见的在不同古细菌病毒种群内酸性温泉。
1。介绍
相对于病毒感染的生物领域细菌和真核生物,很少有病毒感染古细菌生物被隔离和大多数分子详细地了解甚少。大多数古细菌病毒形态学和基因不同于先前描述病毒(1- - - - - -4]。硫化叶菌的二十面体病毒(STIV)已成为一个模型系统研究古细菌病毒复制和结构(5- - - - - -15]。STIV原本孤立的兔子溪热盆地在黄石国家公园,美国(YNP) (15]。STIV病毒粒子包含一个圆形双链DNA基因组(ds) 17663个碱基对(bps)编码37开放阅读框(orf)。冷冻电子显微镜图像重建显示伪STIV粒子衣壳,内部膜和turret-like预测从每个病毒粒子的五倍轴(15]。主要衣壳蛋白的结构分析提出了一种进化联系古细菌病毒和细菌和真核病毒(7,15]。
许多病毒进化的具体机制退出他们的宿主细胞的病毒复制周期。裂解病毒细菌通常利用holin / endolysin-based病毒粒子释放机制(16,17通过细胞出芽机制),而病毒粒子出口由包膜动物病毒常用的。一个新的裂解系统最近STIV[描述12,14]。裂解裂解系统涉及的形成独特的金字塔结构的膜受感染的细胞裂解前(图1)。溶菌作用的结构是一个突出的结果通过S-layer细胞膜周围的细胞。类似的裂解系统是最近描述在另一个古细菌病毒,硫化叶菌islandicus杆状病毒2 (SIRV2) (18- - - - - -20.),这表明这种类型的溶解可能普遍古细菌病毒。尽管这两种不同的古细菌病毒似乎分享类似的溶菌作用机制、基因他们非常不同。只有一个ORF显示了两种古细菌病毒[之间有任何相似之处19]。从STIV同源病毒蛋白和SIRV2最近被确定为负责形成细胞膜上金字塔的溶菌作用结构(14,18]。STIV蛋白c92 [14)和蛋白质SIRV2 p98 (18)是独立不同的过表达硫化叶菌细胞。两种蛋白质导致裂解金字塔结构的形成没有任何其他病毒蛋白质。而过度的STIV c92蛋白质生产的金字塔结构,它并没有直接导致细胞溶菌作用,表明必须有额外的因素都必须完成裂解宿主细胞。
(一)
(b)
我们感兴趣的研究,c92-like裂解系统分别运行在crenarchaeal病毒种群在自然高温低ph值的环境。确定是否这种类型的细胞溶解在crenarchaeal系统常见病毒,我们比较了STIV c92蛋白质古细菌细胞和病毒宏基因组数据库生产过来自多个酸性温泉位于YNP。从这一分析,我们得出这样的结论:c92-like蛋白质存在于自然环境和裂解crenarchaeal病毒可能会比预想的更普遍。
2。方法
无数的宏基因组库从两个地理上孤立的热领域内YNP被用于这项研究。第一个区域是坑山热盆地,含酸性pH值(~ 2.5)高温(~ 82°C)温泉(44.6532°N, 110.4847°W)。第二热网站是仙女湖地区(44.7536°N, 110.7237°W)在诺里斯间歇泉盆地YNP也含有酸性pH值(-4.5 ~ 3.5)和高温温泉(~ 91°C)。在过去的四年中我们已经有了一共有39元基因组库从YNP内这两个热领域。病毒或细胞富集基因组序列的方法之前描述([21),b . Bolduc f·f·罗伯特·m·拉文,和m . j .年轻,手稿在预科)。
c92蛋白质编码STIV及其同系物中发现许多rudiviruses (SIRV2、XX SIRV1变体和SIRV1 [19)被用来使用tBLASTn找到相关蛋白(http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/)的一组39病毒和细胞基因组产生YNP酸性温泉中含有超过280万测序读和807 megabases (Mb)的DNA序列。一个对齐YNP识别蛋白质序列的基因组及相关蛋白质中发现其他古细菌病毒都使用ClustalW (Blosum成本矩阵)22]。对齐后,系统发育分析使用贝叶斯先生执行150万代,老化的10000棵树和采样每10000棵树23]。
3所示。结果
社区中酸性温泉YNP内由古生物体(21,24,25]。独特的病毒裂解系统描述STIV [12,14]和SIRV2 [18- - - - - -20.内)出现在古细菌病毒社区相关YNP酸性温泉。通过比较STIV c92和同系物rudiviral基因组与我们YNP病毒和细胞宏基因组数据库,我们发现70叠连群编码蛋白质序列代表密切相关的蛋白质。
tBLASTn搜索确定70叠连群匹配STIV c92蛋白质。排列长度变化从36到92年(c92完整)的氨基酸残基。绝大多数的比赛是重要的值< 10−7大多数70叠连群匹配c92从宏基因组数据库(58叠连群c92匹配的占总数的83%)对齐到至少60残留的STIV c92蛋白质基于推断氨基酸相似性。与此同时,其他序列(12叠连群c92匹配的占总数的17%)只有不到一半的c92序列对齐,因为组装结束在c92-like序列重叠群下跌。c92蛋白质内的序列变化均匀分布在整个序列的长度。然而,c92-like蛋白质的氨基端域始终显示膜生成螺旋。
系统发育分析所有叠连群对齐c92和对齐的58叠连群c92-like完整蛋白质(图2;重叠群与不完整c92-like蛋白质是由*)表示。三个支持演化支c92-like蛋白质被确定的宏基因组数据从火山口山丘和仙女湖(图2)。SIRV家庭(图2;进化枝B)似乎没有亲人在我们的基因组。虽然很可能许多近100%的氨基酸的序列相似性c92蛋白质代表STIV-like病毒存在于这些环境(图2;进化枝C),其他人更发散代表“c92-like”家庭中存在蛋白质和病毒与STIV无关。有两组叠连群有别于STIV和rudiviruses但他们占绝大多数c92匹配(图2;演化支A和D)。c92匹配属于进化枝的序列组成c92-like蛋白质的最大代表在我们的基因组(1153读);然而,所有的演化支平均叠连群长度(表1)。
基因组的特点与匹配c92如表所示2。匹配c92的重叠群主要来自病毒DNA基因组创建的仙女湖温泉(表2)。的仙女湖温泉(NL10),图书馆的抽样日期跨度从2008年8月到2010年6月。c92-like蛋白质从进化枝是在基因组中发现从2009年10月到2010年6月,当分支C类型只发现从2009年3月到2009年10月(图3)。进化枝D包含c92-like蛋白质出席2009年8月,没有检测到2009年9月,2009年10月(图再次检测3)。坑山温泉,图书馆的抽样日期跨度从2007年4月到2010年2月。从火山口c92-like蛋白质山都属于进化枝,但只发现两个五坑山基因组(2008年1月和2010年2月)。
4所示。讨论
对病毒感染生物体的域古生菌。以前,它被认为最古细菌病毒nonlytic主要由于恶劣的环境,许多这些生物栖息和integrase-like基因的存在在很多的病毒基因组。STIV是第一个被发现的裂解crenarchaeal病毒(13],SIRV2随后也发现溶解性(20.]。发现了同源病毒蛋白质从STIV和SIRV2负责形成独特的金字塔裂解结构上硫化叶菌细胞膜之前viral-induced溶菌作用[14,18]。viral-induced金字塔溶菌作用结构的存在两个不相关的病毒使我们调查的患病率这种类型的病毒裂解系统古生菌。我们试图确定c92-like蛋白质的存在在宏基因组数据集进行比较排序STIV c92蛋白质序列从YNP收集。
总的来说,有三个主要演化支c92-like蛋白质的基因组中发现从YNP(图2)。它惊讶我们没有检测的亲戚rudiviral进化枝(图2;支系B) YNP基因组即使我们通常检测SIRV-like病毒和序列在酸性温泉YNP [21,24,26]。大多数c92-like序列是远亲的演化支STIV或SIRV2(图2;演化支A和D)和可能代表病毒的新家庭,使用类似的溶菌作用机制。包含STIV的进化枝(图2;进化枝C)只包含序列的仙女湖温泉。大多数c92-like蛋白质序列的仙女湖被检测出病毒DNA基因组(表2)。然而,我们还是发现一些c92-like细胞基因组序列,这可能代表了细胞内的病毒。
它惊讶我们,我们发现一些c92-like序列坑山c92-like序列的数量相比,发现在仙女湖。目前这个结果的原因是不理解;然而,我们推测,水化学这两个网站之间的差异可能会有影响。坑山温泉high-chloride,硫温泉而仙女湖温泉。水地球化学的差异以及pH值和温度,可能扮演一个角色定义微生物群落组成,因此病毒社区组成。
c92-like蛋白质的比对显示整个蛋白质序列的变异。c92-like蛋白质仍然可以完全不同,函数形成金字塔结构所显示的STIV c92和SIRV2 p98蛋白质。这些同源蛋白质氨基酸水平只有55.4%是相同的,但是这两个结果在金字塔结构的形成14,18]。的n端结构域STIV c92和SIRV p98预测膜生成螺旋[19]。从基因组蛋白质二级结构的预测c92-like也揭示了膜生成螺旋。目前的实验正在进行中,以探索残留在STIV c92蛋白质是形成金字塔的溶菌作用的关键结构。
c92-like蛋白质的检测宏基因组数据展示动态模式。颞仙女湖宏基因组数据的分析揭示了有时这些c92-like蛋白质检测不到,而在其他时候他们持久的(尽管存在波动的进化枝)的温泉(图3)。这种动态模式曾被证明在YNP病毒(24]。
这个裂解系统不是万能。STIV c92同系物中不明显~ 48其他古细菌病毒测序。甚至其他分离的病毒硫化叶菌物种没有同系物STIV c92和/或SIRV2 p98 [19,27]。这表明病毒在同一家庭可能独立完成子代病毒从感染细胞释放的机制。我们现在挑战隔离并进一步描述古细菌病毒和系统发育关系c92家族的蛋白质确认他们接受主机STIV和SIRV2溶菌作用机制相似。
确认
这项研究由美国国家科学基金会支持格兰特。deb - 0936178和ef - 080220和国家航空和宇宙航行局批准号NNA-08CN85A。