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Oct 07, 2023

Genomas de seis virus que infectan arqueas de Asgard desde lo más profundo

microbiología de la naturaleza volumen 7,

Nature Microbiology volumen 7, páginas 953–961 (2022)Citar este artículo

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Las arqueas de Asgard son microorganismos procarióticos distribuidos globalmente relacionados con los eucariotas; sin embargo, no se han descrito virus que infecten a estos organismos. Aquí, utilizando secuencias de metagenoma recuperadas de sedimentos hidrotermales de aguas profundas, caracterizamos seis genomas virales de ADN de doble cadena (dsDNA) relativamente grandes (hasta 117 kb) que infectaron dos filos de arqueas de Asgard, Lokiarchaeota y Helarchaeota. Estos virus codifican proteínas estructurales similares a Caudovirales, así como proteínas distintas de las descritas en virus arqueales conocidos. Sus genomas contienen alrededor del 1% al 5% de los genes asociados con los virus de ADN grande nucleocitoplasmático eucariótico (NCLDV) y parecen ser capaces de replicación, reparación, modificaciones epigenéticas y regulación transcripcional semiautónomas del genoma. Además, los virus Helarchaeota pueden secuestrar sistemas de ubiquitina del huésped similares a los virus eucariotas. El análisis genómico de estos virus Asgard revela que contienen características de virus tanto procarióticos como eucarióticos, y proporciona información sobre sus posibles mecanismos de infección e interacción con el huésped.

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Las secuencias genómicas asociadas con el estudio se han depositado en NCBI bajo BioProject PRJNA692327.

Todos los scripts personalizados, alineaciones y archivos de árbol filogenético están disponibles en https://github.com/bakermicrolab/asgardviruses.

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Este trabajo fue apoyado por becas del Proyecto Moore-Simons sobre el Origen de la Célula Eucariota (beca de la Fundación Simons 73592LPI; https://doi.org/10.46714/735925LPI; BJB) y el Premio de Carrera Temprana de la Fundación Simons (687165, BJB ). Agradecemos a D. Tamarit y T. Ettema por las discusiones sobre esta investigación; AP Teske (Departamento de Ciencias Marinas, Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill, Chapel Hill, NC, EE. UU.) por proporcionar los sedimentos de la cuenca de Guaymas.

Margarita V. Langwig

Dirección actual: Departamento de Bacteriología y Departamento de Biología Integrativa, Universidad de Wisconsin-Madison, Madison, WI, EE. UU.

Departamento de Ciencias Marinas, Universidad de Texas en Austin, Port Aransas, TX, EE. UU.

Ian M. Rambo, Marguerite V. Langwig, Peter Lion, Valerie De Anda y Brett J. Baker

Departamento de Biología Integrativa, Universidad de Texas en Austin, Austin, TX, EE. UU.

Brett J. Panadero

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VDA y BJB conceptualizaron el proyecto. IMR, VDA y MVL seleccionaron los datos. BJB adquirió financiación. IMR, VDA y PL realizaron las investigaciones. IMR, VDA y BJB desarrollaron la metodología. BJB y VDA administraron y supervisaron el proyecto. BJB adquirió recursos. IMR, VDA y PL crearon las visualizaciones. IMR, VDA, MVL y BJB escribieron el borrador original. IMR, VDA, MVL, PL y BJB revisaron y editaron el manuscrito.

Correspondencia a Brett J. Baker.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Nature Microbiology agradece a Susanne Erdmann, Hiroyuki Ogata y los otros revisores anónimos por su contribución a la revisión por pares de este trabajo. Los informes de los revisores están disponibles.

Nota del editor Springer Nature se mantiene neutral con respecto a los reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

a, Arquitectura genómica del virus Helarchaeota completo Nidhogg Meg22_1012. De afuera hacia el centro: genes descritos en el texto principal, genes con homólogos no descritos en el texto principal, proteínas hipotéticas, contenido de GC, regla del tamaño del genoma. Las flechas que apuntan a la izquierda indican el sentido (-), mientras que las que apuntan a la derecha indican el sentido (+). b, Estructuras de los genomas lineales de Fenrir, Sköll y Ratatoskr. La longitud de la secuencia se designa por la medida en el eje x. Los genes con productos hipotéticos no tienen etiquetas y están coloreados en gris. Las ubicaciones de coincidencia del espaciador CRISPR se resaltan con barras verticales, coloreadas para representar 0 o 1 discrepancias en la alineación.

valor medio (virus Asgard = 89 108 / virus Archaea = 35 450); Valor mínimo (virus Asgard = 39 909 / Virus Archaea = 5 278); valor máximo (virus Asgard = 117 419 / virus Archaea = 103 257); Valor atípico del virus Archaea = 143.855. Los datos y el código de esta figura están disponibles en https://github.com/bakermicrolab/asgardviruses.

El eje y indica la profundidad de lectura promedio para un contig dentro de su muestra respectiva, y cada host Asgard se muestra en el eje x. Cada punto en el eje x contiene dos diagramas de caja y bigotes que indican las profundidades de lectura promedio para los contigs virales vinculados (izquierda) y los contigs del huésped (derecha). Los puntos de datos representan valores medios. La asignación taxonómica se designa por el color de los puntos y/o casilla. La profundidad de lectura promedio se calculó para cada contig utilizando lecturas de la misma muestra utilizada en el ensamblaje. Helarchaeota Meg19_1012_Bin_504 (virus: n = 3, min=25,52, max=173,4, mid=32,50; MAG: n = 170, min=9,12, mean=56,58, max=81,45, SD = 5,8, 1er cuartil=54,9, 3er cuartil =58.9), Lokiarchaeota Meg22_1012_Bin_233 (virus: n = 1, 77.5; MAG: n = 94, min=6.16, mean=37.3, max=202.9, SD = 24.8, 1er cuartil=31.5, 3er cuartil=34.3), Lokiarchaeota Meg22_1214_B en_191 (virus: n = 1, 17,05; MAG: n = 246, min = 8,1, media = 44,8, max = 1253, SD = 95,6, 1er cuartil = 29,7, 3er cuartil = 39,7), Lokiarchaeota Meg22_1416_Bin_151 (virus: n = 1 , 16,32; MAG: n = 217, min = 5,9, media = 17, max = 48, SD = 3,7, 1er cuartil = 15,7, 3er cuartil = 18,5).

Los virus se agrupan en el eje x según su anfitrión, con los NCLDV incluidos en su propia categoría. El eje y indica el porcentaje de genes presentes con éxitos en NCVOG (ver Métodos). Cada punto en el gráfico representa un genoma viral. Virus bacterianos n = 33442, media = 2, DE = ± 1,2; Archaeal virus n = 84, media = 2,4' SD = ± 1,4; Virus Asgard n = 6, media = 2,2, DE = ± 1,4; Virus eucariótico n = 362, media = 36, DE = ± 39; NCLDV n = 149, media = 78, SD = 21.

Los virus se agrupan en el eje Y en función de su anfitrión, con porcentajes en el eje X que indican la proporción de aciertos de NCVOG asignados a una función particular. Los NCVOG que se encuentran en los virus Asgard están relacionados con la replicación, recombinación y reparación del ADN o proteínas de estructura viral. El primer grupo de NCVOG se encuentra comúnmente en virus que infectan bacterias y también se puede observar en virus que infectan a otros grupos de arqueas y eucariotas. El segundo grupo de NCVOG no se encuentra tan comúnmente en otros virus, lo que puede sugerir una estructura similar de los virus Asgard y NCLDV.

Un árbol filogenético de 241 secuencias de desoxinucleótido/monofosfato quinasa lateral de virus y bacterias. Los círculos en las ramas indican soportes BOOSTER ≥70. Las secuencias del virus Lokiarchaeota Fenrir Meg22_1012 y Meg22_1214 están resaltadas en dorado. La filogenia se infirió utilizando el modelo LG con frecuencias base fijas y 1000 arranques rápidos.

Un árbol filogenético de 368 secuencias de proteínas de la enzima activadora de ubiquitina (E1) de arqueas, bacterias, eucariotas y virus (los taxones están etiquetados con colores de fondo). Se identificaron tres secuencias de proteínas similares a E1 en los virus Nidhogg, y están marcadas con círculos negros y texto en negrita. Las líneas arqueadas muestran las conexiones entre las secuencias del virus Nidhogg y su huésped Helarchaeota. Esta filogenia se infirió utilizando el modelo LG + R8 con 1000 bootstraps ultrarrápidos y optimización por intercambio de vecinos más cercanos (-bb 1000 -bnni). Los círculos en las ramas de los árboles indican soportes de arranque ultrarrápidos ≥95. El árbol está compuesto por secuencias de proteínas que pertenecen a la familia de subunidades catalíticas E1 de la enzima activadora de NEDD8 (n = 11, IPR030468), enzima E1 activadora de ubiquitina (n = 218, IPR035985), secuencias virales obtenidas de NCBI (n = 14), y secuencias derivadas de Lokiarchaeota y Helarchaeota (n = 125).

Datos extendidos Figs. 1–7, texto complementario y descripción de los datos complementarios 1–13.

Resultados de CRISPRDetect, incluidos espaciadores y longitudes y secuencias repetidas, y detección de CRISPR; Asgard CRISPR espaciador BLASTN-salida corta contra virus de la Cuenca de Guaymas; profundidad de lectura promedio de contigs que contienen CRISPR de Asgard MAG; Impactos de SpacePHARER de los espaciadores Asgard CRISPR a los UViG de la cuenca de Guaymas; y resultados CRISPRClassify para repeticiones Asgard CRISPR.

Descripción general del genoma viral, taxonomía Asgard MAG GTDBTk y estadísticas MAG.

Información mínima sobre los metadatos del genoma de un virus no cultivado (MiUViG) para los genomas virales descritos en este estudio.

Anotaciones virales con VIBRANT, DIAMOND e InterProScan; clasificación de PhANN; y resultados de HHPred para las principales proteínas de la cápside predichas con PhANN.

Datos_suplementarios_5_Fenrir_Meg22_1012_226.pdf. Visualización de la cobertura del virus Lokiarchaeota Fenrir Meg22_1012_scaffold_226 basada en el mapeo de lectura contra la muestra Meg22_1012 realizada con BWA-MEM v0.7.17 y Samtools v1.11. Visualizado con Geneious versión 2022.0 de Biomatters. Datos_suplementarios_6_Fenrir_Meg22_1214.pdf. Visualización de la cobertura del virus Lokiarchaeota Fenrir Meg22_1214_scaffold_313 basada en el mapeo de lectura contra la muestra Meg22_1214 realizada con BWA-MEM v0.7.17 y Samtools v1.11. Visualizado con Geneious versión 2022.0 de Biomatters. Datos_suplementarios_7_Skoll_Meg22_1214_2849.pdf. Visualización de la cobertura del virus Lokiarchaeota Sköll Meg22_1214_scaffold_2849 basada en el mapeo de lectura contra la muestra Meg22_1214 realizada con BWA-MEM v0.7.17 y Samtools v1.11. Visualizado con Geneious versión 2022.0 de Biomatters. Datos_suplementarios_8_Ratatoskr_Meg22_1012_548.pdf. Visualización de la cobertura del virus Helarchaeota Ratatoskr Meg22_1012_scaffold_548 basada en el mapeo de lectura contra la muestra Meg22_1012 realizada con BWA-MEM v0.7.17 y Samtools v1.11. Visualizado con Geneious versión 2022.0 de Biomatters. Datos_suplementarios_9_Nidhogg_Meg22_1012_91.pdf. Visualización de la cobertura del virus Helarchaeota Nidhogg Meg22_1012_scaffold_91 basada en el mapeo de lectura contra la muestra Meg22_1012 realizada con BWA-MEM v0.7.17 y Samtools v1.11. Visualizado con Geneious versión 2022.0 de Biomatters. Datos_suplementarios_10_Nidhogg_Meg22_1214_152.pdf. Visualización de la cobertura del virus Helarchaeota Nidhogg Meg22_1214_scaffold_152 basada en el mapeo de lectura contra la muestra Meg22_1214 realizada con BWA-MEM v0.7.17 y Samtools v1.11. Visualizado con Geneious versión 2022.0 de Biomatters.

Secuencias utilizadas en la filogenia de la ADN polimerasa B.

Proporciones de pertenencia a la clasificación de la familia de proteínas virales (VPF) para los virus Asgard.

Las anotaciones de InterProScan de los MAG de Asgard se detallaron por primera vez en este estudio y las anotaciones de IMG/M de todos los MAG utilizados en este estudio.

Reimpresiones y permisos

Rambo, IM, Langwig, MV, Leão, P. et al. Genomas de seis virus que infectan arqueas de Asgard de sedimentos de aguas profundas. Nat Microbiol 7, 953–961 (2022). https://doi.org/10.1038/s41564-022-01150-8

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Recibido: 08 Octubre 2021

Aceptado: 16 mayo 2022

Publicado: 27 junio 2022

Fecha de emisión: julio de 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41564-022-01150-8

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