鯨類に感染したパピローマウイルスは、組換えイベント後にゲノム適応の兆候を示した

Papillomaviruses infecting cetaceans exhibit signs of genome adaptation following a recombination event.

• Fanni Borvető
• Ignacio G Bravo
• Anouk Willemsen

抄録

パピローマウイルス（PV）は、今日観察されている表現型および遺伝子型の多様性を説明するには、ウイルスと宿主の共進化だけでは十分ではない複雑な進化のシナリオを経て進化してきた。また、宿主スイッチや組換えなどの他の進化過程もPVの進化に重要な役割を果たしているように思われる。本研究では、Cetartiodactyla（偶蹄類・鯨類）に感染した遠縁のPV間の組換えイベントがゲノムに与える影響を調べた。系統解析の結果、単一の組換えが、クジラ類に感染する現存する「キメラ」PVゲノムの生成に関与していることが示唆された。系統的な関係をゲノムの内容と相関させることで、組換え型と非組換え型のセタルチオダクタイルPVゲノムの間に重要な違いが観察された。特に注目すべきは、組換え型PVは上流調節領域（URR）に保存されているモチーフのユニークなセットを含んでいることである。このような調節領域の変化は、PVゲノムの急激な変化に対する適応的な反応であると解釈している。コドン使用嗜好（CUPrefs）については、組換え型PVと非組換え型PVの間では、正統なオープンリーディングフレームの間に特別な違いは見られなかった。その代わりに、我々の結果は、PVにおけるCUPrefsはむしろ遺伝子発現パターンや遺伝子機能と関連していることを示唆するこれまでの観察結果と一致している。鯨類に感染したPVの非コードURRは、これらのウイルスの中心的な制御要素であり、組換えイベントの後に適応の兆候を示すことを示した。この結果は、PVにおいても遺伝子制御の進化が種分化や新しい環境への適応に重要な役割を果たしていることを示唆している。

Papillomaviruses (PVs) have evolved through a complex evolutionary scenario where virus-host co-evolution alone is not enough to explain the phenotypic and genotypic PV diversity observed today. Other evolutionary processes, such as host switch and recombination, also appear to play an important role in PV evolution. In this study, we have examined the genomic impact of a recombination event between distantly related PVs infecting Cetartiodactyla (even-toed ungulates and cetaceans). Our phylogenetic analyses suggest that one single recombination was responsible for the generation of extant 'chimeric' PV genomes infecting cetaceans. By correlating the phylogenetic relationships to the genomic content, we observed important differences between the recombinant and non-recombinant cetartiodactyle PV genomes. Notably, recombinant PVs contain a unique set of conserved motifs in the upstream regulatory region (URR). We interpret these regulatory changes as an adaptive response to drastic changes in the PV genome. In terms of codon usage preferences (CUPrefs), we did not detect any particular differences between orthologous open reading frames in recombinant and non-recombinant PVs. Instead, our results are in line with previous observations suggesting that CUPrefs in PVs are rather linked to gene expression patterns as well as to gene function. We show that the non-coding URR of PVs infecting cetaceans, the central regulatory element in these viruses, exhibits signs of adaptation following a recombination event. Our results suggest that also in PVs, the evolution of gene regulation can play an important role in speciation and adaptation to novel environments.

© The Author(s) 2020. Published by Oxford University Press.