昆虫のRNA-Seq解析で明らかになった昆虫のRNAウイルスの豊富さと多様性。生態学的・進化学的な意味合い

Abundant and Diverse RNA Viruses in Insects Revealed by RNA-Seq Analysis: Ecological and Evolutionary Implications.

• Haoming Wu
• Rui Pang
• Tong Cheng
• Liang Xue
• Haiyan Zeng
• Tao Lei
• Moutong Chen
• Shi Wu
• Yu Ding
• Jumei Zhang
• Mang Shi
• Qingping Wu

抄録

昆虫がウイルスの主要な貯蔵庫やベクターとしての役割を果たしていることを示すデータが増えてきており、それが生態系への負担や感染症の発生を継続的に増加させる原因となっている。昆虫に潜むウイルスの多様性を明らかにすることは、昆虫関連ウイルス疾患の発生における生態学的・進化学的観点からの理解を深めることにつながると考えられる。本研究では、異なる生態環境に生息する32の昆虫目600種以上のトランスクリプトームシークエンス（RNA-Seq）データを検索し、40のファミリー、2つの未分類の属、および多くの未同定のウイルスグループに再要約された1,213以上のRNAウイルスを発見しました。これらの新規ウイルスには、よく知られている昆虫関連ウイルスが含まれていました。これらのウイルスは、以前に報告された分類群の中で新規なクラスターを形成していたり、昆虫で同定された最初のアストロウイルスを含め、パラフィレティックとして解決されたりしました。さらに、いくつかのウイルスは、認識されている植物、真菌、脊椎動物固有の種と密接に関連しており、昆虫の行動とウイルスの拡散の関係が重要であることを示唆していた。また、比較ゲノム解析の結果、これらの新しいウイルスの柔軟な遺伝子プールとゲノム構造について、高いゲノム変動性があることが明らかになりました。昆虫は地球上の動物の中で最も大きな割合を占めており、媒介性疾患の感染にも頻繁に関与しています。しかし、これまでかなりの注意が植物食性昆虫や造血食性昆虫に払われてきましたが、その結果は昆虫のウイルスについての情報が不十分で偏っていました。ここで、我々は、幅広い昆虫におけるRNAウイルスの例外的な豊富さと遺伝的多様性についての説得力のある証拠を提供してきた。新規なウイルスはRNAウイルスの主要なカテゴリーを網羅していることがわかり、多くのウイルスはこれまでに記述された分類群とは異なる新規なクラスターを形成しており、昆虫における既知のRNAウイルスの範囲を劇的に広げた。これらのRNAウイルスは、ゲノムサイズ、オープンリーディングフレーム（ORF）数、遺伝子間構造、遺伝子の再配列やセグメント化において、高いレベルのゲノム可塑性を示した。この研究は、RNAウイルスの起源、広がり、進化についての包括的な洞察を提供している。もちろん、より多くの生物を対象とした大規模なウイルス研究プロジェクトでは、昆虫におけるウイルス感染についてより詳細な情報が得られるだろう。

Increasing data indicate that insects serve as major reservoirs and vectors of viruses, which account for the continuously increasing ecological burden and infectious disease outbreaks. Uncovering the hidden diversity of viruses in insects will further the understanding of the ecological and evolutionary perspectives in the emergence of insect-associated virus diseases. In this study, we queried transcriptome sequencing (RNA-Seq) data from more than 600 species across 32 insect orders dwelling in different ecological habitats and recovered more than 1,213 RNA viruses that were recapitulated in 40 families, 2 unclassified genera, and many unspecified viral groups. These novel viruses included the well-known insect-associated viruses within , , , , , , and More appeared to form novel clusters within previously described taxa or could be resolved as paraphyletic, including the first astrovirus identified in insects, in which many were sufficiently divergent to warrant the establishment of new virus genera or families. Additionally, some viruses were closely related to the recognized plant-, fungus-, and vertebrate-specific species, implying the importance of relationships between insect behavior and virus spread. Comparative genome analyses also revealed high genomic variability with respect to the flexible gene pool and genome architecture of these newly described viruses, including the evidence for genome reshuffling first discovered in The data reflecting the genetically and ecologically diverse viral populations in insects greatly expand our understanding of RNA viruses in nature and highlight that the biodiversity of RNA viruses remains largely unexplored. Insects comprise the largest proportion of animals on earth and are frequently implicated in the transmission of vector-borne diseases. However, considerable attention has been paid to the phytophagous and hematophagous insects, with results that provide insufficient and biased information about the viruses in insects. Here, we have delivered compelling evidence for the exceptional abundance and genetic diversity of RNA viruses in a wide range of insects. Novel viruses were found to cover major categories of RNA viruses, and many formed novel clusters divergent from the previously described taxa, dramatically broadening the range of known RNA viruses in insects. These newly characterized RNA viruses exhibited high levels of genomic plasticity in genome size, open reading frame (ORF) number, intergenic structure, and gene rearrangement and segmentation. This work provides comprehensive insight into the origin, spread, and evolution of RNA viruses. Of course, a large-scale virome project involving more organisms would provide more-detailed information about the virus infections in insects.

Copyright © 2020 Wu et al.