南京師範大學韓管助課題組在病毒進化領域取得系列重大進展

近日，來自南京師範大學生命科學學院韓管助教授課題組在多個病毒學權威期刊發文揭示病毒進化相關進展，其中在進化生物學領域權威期刊Molecular Biology and Evolution發表了「Insect retroelements provide novel insights into the origin of hepatitis B viruses」揭示關於乙肝病毒起源的最新研究進展；同時在微生物學領域權威期刊PLOS Pathogens和病毒學領域權威期刊Journal of Virology在線發表了生命科學學院韓管助教授課題組在古病毒學領域取得的系列進展。

乙肝病毒屬於嗜肝病毒科，在全世界範圍內至少感染2億人，每年導致80萬人死亡，嚴重地威脅著全球公共衛生安全。嗜肝病毒科是一類可以感染多種脊椎動物的逆轉錄雙鏈DNA病毒。雖然嗜肝病毒和反轉座子都能編碼逆轉錄酶，但是目前已知的反轉座子和嗜肝病毒親緣關係都很遠。嗜肝病毒的起源至今還是一個未解之謎。

韓管助教授課題組通過對1095種真核生物基因組進行系統分析，在昆蟲基因組中發現了與嗜肝病毒親緣關係很近的反轉座元件（被命名為HEART）。系統發生分析表明HEART元件是嗜肝病毒目前已知的最近「親屬」，揭示了嗜肝病毒基因組複雜性的逐步進化模式。該研究還進一步提出了嗜肝病毒可能起源於逃逸的HEART元件的假說，為病毒起源的宿主基因逃逸假說提供了一個可能的實證。HEART元件的發現進一步縮小了嗜肝病毒和反轉座子之間的進化缺口，為研究嗜肝病毒的起源和進化提供了全新的視角。

2016級碩士研究生宮震同學為第一作者，韓管助教授為通訊作者，相關研究受到自然科學基金、江蘇省基礎研究計劃、江蘇省優勢學科建設項目等的支持。

病毒進化速度較快且無法形成化石，因此很難來研究它們的遠古進化。在偶然的情況下，病毒基因組會整合到宿主基因組中形成內源性病毒元件，這為研究病毒進化提供了重要的「分子化石」。古病毒學是一門新興的學科，主要通過病毒「分子化石」來研究病毒的遠古進化以及遠古病毒對宿主生物學的影響。

逆轉錄病毒感染脊椎動物，可引發多種疾病（如艾滋病和癌症）。目前對於逆轉錄病毒的遠古史和早期進化仍所知甚少。韓管助課題組開發了一種能夠更加靈敏地挖掘內源性逆轉錄病毒的新策略，並利用該策略在92種脊椎動物基因組中共挖掘到了8000餘條內源性逆轉錄病毒。該研究揭示了內源性逆轉病毒普遍存在於脊椎動物基因組中，大量的外源逆轉錄病毒可能還有待於被發現。

該研究通過系統發生分析將逆轉錄病毒分為五個主要支系，並將其命名為「金」、「木」、「水」、「火」和「土」逆轉病毒支系。該研究還發現水陸界面並不是逆轉錄傳播的一個嚴格屏障，感染陸生脊椎動物的逆轉錄病毒可能為多次獨立起源。該研究豐富了我們對於逆轉錄病毒多樣性、分類系統和遠古進化的理解。這項研究以「Endogenous retroviruses of non-avian/mammalian vertebrates illuminate diversity and deep history of retroviruses」為題發表在微生物學領域權威研究期刊PLOS Pathogens上，並被PLOS Pathogens選為Featured Research Article。2015級碩士研究生許曉雨為該論文的第一作者，2014級本科生趙華瑤為該論文的第二作者，韓管助教授為該論文的通訊作者。

目前認為擬逆轉錄病毒僅可以感染被子植物。韓管助課題組通過大規模比較基因組學分析首次在蕨類和裸子植物基因組中發現了內源性擬逆轉錄病毒，證明了內源性擬逆轉錄病毒普遍存在於真葉植物基因組中，是真葉植物基因組的重要組成部分。該研究發現感染被子植物的擬逆轉錄病毒僅占植物擬逆轉錄病毒多樣性的很少一部分，並且具有多次獨立起源。該研究估測植物擬逆轉錄病毒至少有一億年的歷史，揭示了植物擬逆轉錄病毒的遠古起源。該研究豐富了我們對於植物擬逆轉錄病毒多樣性和宏進化的理解。該研究以「Euphyllophyte paleoviruses illuminate hidden diversity and macroevolutionary mode of Caulimoviridae」為題發表在病毒學領域權威研究期刊Journal of Virology上。2016級碩士研究生宮震為該論文的第一作者，韓管助教授為該論文的通訊作者。

相關研究得到了國家自然科學基金、江蘇省基礎研究計劃、江蘇省優勢學科建設項目等的支持。

研究方向：由病毒引發的流行病正嚴重地威脅著全球公共衛生安全以及社會經濟發展。理解病毒進化對於病毒流行病的監測、防控以及預測具有十分重要的意義。我們實驗室在進化生物學框架下整合了野外採樣、分子生物學、進化分析和理論演算法開發等方法來研究病毒的多樣性和進化以及病原與宿主間互作的進化。我們實驗室主要研究方向包括：

病毒進化和古病毒學；

新發流行病起源和進化；

宿主與病原間進化軍備競賽；

分子進化和進化基因組學。

論文著作（*通訊作者）

1.Xu X, Zhao H, Gong Z, Han GZ*. (2018). Endogenous retroviruses of non-avian/mammalian vertebrates illuminate diversity and deep history of retroviruses. PLOS Pathogens doi: 10.1371/journal.ppat.1007072

2.Gao Y, Wang W, Zhang T, Gong Z, Zhao H, Han GZ*. (2018). Out of water: the origin and early diversification of plant R-genes. Plant Physiology177:82-89.（同期Plant Physiology的On the Inside對該論文進行了推薦）

3.Gong Z, Han GZ*. (2018). Euphyllophyte paleoviruses illuminate hidden diversity and macroevolutionary mode of Caulimoviridae. Journal of Virology92:e02043-17.

4.Wang W, Han GZ*. (2018). The expanding diversity of RNA viruses in vertebrates. Trends in Microbiology26:465-466.

5.Han GZ*. (2017). Evolution of jasmonate biosynthesis and signaling mechanisms. Journal of Experimental Botany 68:1323-1331.

6.Gong Z, Xu X, Han GZ*. (2017). The diversification of Zika virus: Are there two distinct lineages? Genome Biology and Evolution9:2940-2945.

7.Ren Q, Wang C, Jin M, Lan J, Ye T, Hui K, Tan J, Wang Z, Wyckoff G*, Wang W, Han GZ*. (2017). Co-option of bacteriophage lysozyme genes by bivalve genomes. Open Biology7:160285.

8.Gong Z, Xu X, Han GZ*. (2017). 『Patient 0』 and the origin of HIV/AIDS in America. Trends in Microbiology 25:3-4.

9.Han GZ*. (2017). A single substitution changes Zika virus infectivity in mosquitoes. Trends in Microbiology 25:603-605.

1o.Gao Y, Zhao H, Jin Y, Xu X, Han GZ*. (2017). Extent and evolution of gene duplication in DNA viruses. Virus Research240:161-165.

11.Gong Z, Gao Y, Han GZ*. (2016). Zika virus: two or three lineages. Trends in Microbiology24:521-522.

12.Du L, Han GZ*. (2016). Deciphering MERS-CoV evolution in dromedary camels. Trends in Microbiology 24:87-89.

13.Song J, Zhai P, Zhang Y, Zhang C, Sang H, Han GZ, Keller NP, Lu L. (2016). The Aspergillus fumigatus damage resistance protein family coordinately regulates ergosterol biosynthesis and azole susceptibility. mBio7:e01919-15.

14.Wang C, Li S*, Han GZ*. (2016). Commentary: Plant auxin biosynthesis did not originate in charophytes. Frontiers in Plant Science 7:158.

15.Chen R, Han GZ. (2016). Dengue in China: comprehensive phylogenetic evaluation reveals evidence of endemicity and complex genetic diversity. American Journal of Tropical Medicine and Hygiene94:198-202.

16.Han GZ*, Worobey M*. (2015). A primitive endogenous lentivirus in a colugo: insights into the early evolution of lentiviruses. Molecular Biology and Evolution 32:211-215.

17.Wang C, Liu Y, Li S*, Han GZ*.(2015). Insights into the origin and evolution of plant hormone signaling machinery. Plant Physiology 167:872-886.（同期Plant Physiology的On the Inside對該論文進行了推薦，Current Opinion in Microbiology和Current Opinionin Plant Biology推薦為of special interest和of outstanding interest文章，入選ESI植物和動物科學高被引論文）

18.Han GZ*. (2015). Extensive retroviral diversity in shark. Retrovirology 12:34.

Worobey M*, Han GZ, Rambaut A*. (2014). A synchronized global sweep of the internal genes of modern avian influenza virus. Nature508:254-257.（Nature Reviews Microbiology作為研究亮點進行了推薦，Nature News對該論文進行了報道，入選ESI微生物學高被引論文）

19.Wang C, Liu Y, Li S*, Han GZ*. (2014). Origin of plant auxin biosynthesis in charophyte algae. Trends in Plant Science19:741-743.

20.Worobey M*, Han GZ, Rambaut A. (2014). The genesis and pathogenesis of the 1918 influenza pandemic. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America111:8107-8112.（帝國理工學院Steven Riley教授在同期PNAS撰寫了Commentary對該論文進行了推薦，紐約時報、國家地理等媒體對該論文進行了報道）

21.Han GZ*, Worobey M*. (2014). Endogenous viral sequences from the Cape golden mole (Chrysochlorisasiatica) reveal the presence of foamy viruses in all major placental mammal clades. PLOS ONE9:e97931.

22.Worobey M, Han GZ. (2013). The origins and diversification of HIV. In, Sande"s HIV/AIDS Medicine: Medical Management of AIDS 2013. Volberding PA, Greene WC, Lange J, Gallant JE, and Sewankambo N Eds. (Saunders Elsevier, Philadelphia).

23.Han GZ*, Worobey M*. (2012). Endogenous lentiviral elements in the weasel family (Mustelidae). Molecular Biology and Evolution 29:2905-2908.

24.Han GZ*, Worobey M*. (2012). An endogenous foamy-like viral element in the coelacanth genome. PLOS Pathogens8:e1002790.

25.Han GZ*, Worobey M*. (2012). An endogenous foamy virus in the aye-aye (Daubentoniamadagascariensis). Journal of Virology 86:7696-7698.

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36.Li L, Wang J, Guo Y, Jiang F, Xu Y, Wang Y, Pan H, Han GZ, Li R, Li S. (2008). Development of SSR makers from ESTs of gramineous species and their chromosome location on wheat. Progress in Natural Science 18:1485-1490.

參考來源：南京師範大學

本期編輯：Tony

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