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Oct 07, 2023

Génomes de six virus qui infectent les archées d'Asgard depuis les profondeurs

Nature Microbiologie volume 7,

Nature Microbiology volume 7, pages 953–961 (2022)Citer cet article

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Les archées Asgard sont des micro-organismes procaryotes distribués dans le monde entier apparentés aux eucaryotes; cependant, les virus qui infectent ces organismes n'ont pas été décrits. Ici, en utilisant des séquences de métagénomes récupérées à partir de sédiments hydrothermaux en eaux profondes, nous caractérisons six génomes viraux à ADN double brin (ADNdb) relativement grands (jusqu'à 117 kb) qui ont infecté deux phylums archéaux d'Asgard, Lokiarchaeota et Helarchaeota. Ces virus codent pour des protéines structurales de type Caudovirales, ainsi que pour des protéines distinctes de celles décrites dans les virus archéens connus. Leurs génomes contiennent environ 1 à 5% des gènes associés aux virus eucaryotes nucléocytoplasmiques à grand ADN (NCLDV) et semblent être capables de réplication semi-autonome du génome, de réparation, de modifications épigénétiques et de régulation transcriptionnelle. De plus, les virus Helarchaeota peuvent détourner les systèmes d'ubiquitine hôtes similaires aux virus eucaryotes. L'analyse génomique de ces virus Asgard révèle qu'ils contiennent des caractéristiques de virus procaryotes et eucaryotes, et donne un aperçu de leurs mécanismes potentiels d'infection et d'interaction avec l'hôte.

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Les séquences génomiques associées à l'étude ont été déposées au NCBI sous BioProject PRJNA692327.

Tous les scripts personnalisés, les alignements et les fichiers d'arbre phylogénétique ont été mis à disposition sur https://github.com/bakermicrolab/asgardviruses.

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Ce travail a été soutenu par des subventions du projet Moore-Simons sur l'origine de la cellule eucaryote (subvention de la Fondation Simons 73592LPI ; https://doi.org/10.46714/735925LPI ; BJB) et le prix de début de carrière de la Fondation Simons (687165, BJB). Nous remercions D. Tamarit et T. Ettema pour les discussions sur cette recherche ; AP Teske (Department of Marine Sciences, University of North Carolina at Chapel Hill, Chapel Hill, NC, USA) pour avoir fourni les sédiments du bassin de Guaymas.

Marguerite V.Langwig

Adresse actuelle : Département de bactériologie et Département de biologie intégrative, Université du Wisconsin-Madison, Madison, WI, États-Unis

Département des sciences marines, Université du Texas à Austin, Port Aransas, Texas, États-Unis

Ian M. Rambo, Marguerite V. Langwig, Peter Lion, Valérie De Anda et Brett J. Baker

Département de biologie intégrative, Université du Texas à Austin, Austin, TX, États-Unis

Brett J.Baker

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VDA et BJB ont conceptualisé le projet. IMR, VDA et MVL ont organisé les données. BJB a acquis un financement. IMR, VDA et PL ont mené les enquêtes. IMR, VDA et BJB ont développé la méthodologie. BJB et VDA ont administré et supervisé le projet. BJB a acquis des ressources. IMR, VDA et PL ont créé les visualisations. IMR, VDA, MVL et BJB ont rédigé le projet original. IMR, VDA, MVL, PL et BJB ont révisé et édité le manuscrit.

Correspondance à Brett J. Baker.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

Nature Microbiology remercie Susanne Erdmann, Hiroyuki Ogata et les autres examinateurs anonymes pour leur contribution à l'examen par les pairs de ce travail. Les rapports des pairs examinateurs sont disponibles.

Note de l'éditeur Springer Nature reste neutre en ce qui concerne les revendications juridictionnelles dans les cartes publiées et les affiliations institutionnelles.

a, Architecture génomique du virus Helarchaeota complet Nidhogg Meg22_1012. De l'extérieur vers le centre : gènes décrits dans le texte principal, gènes avec des homologues non décrits dans le texte principal, protéines hypothétiques, teneur en GC, règle de taille du génome. Les flèches pointant vers la gauche indiquent le sens (-), tandis que celles pointant vers la droite indiquent le sens (+). b, Structures des génomes linéaires de Fenrir, Sköll et Ratatoskr. La longueur de la séquence est désignée par la mesure sur l'axe des x. Les gènes avec des produits hypothétiques n'ont pas d'étiquettes et sont colorés en gris. Les emplacements de correspondance d'espacement CRISPR sont mis en évidence par des barres verticales, colorées pour représenter 0 ou 1 décalage dans l'alignement.

Valeur médiane (virus Asgard = 89 108 / virus Archaea = 35 450) ; Valeur minimale (virus Asgard = 39 909 / virus Archaea = 5 278) ; valeur maximale (virus Asgard = 117 419 / virus Archaea = 103 257) ; Valeur aberrante du virus Archaea = 143 855. Les données et le code de ce chiffre sont disponibles sur https://github.com/bakermicrolab/asgardviruses.

L'axe des ordonnées indique la profondeur de lecture moyenne pour un contig dans son échantillon respectif, chaque hôte Asgard étant affiché sur l'axe des abscisses. Chaque point sur l'axe des x contient deux diagrammes en boîte et moustaches indiquant les profondeurs de lecture moyennes pour les contigs viraux liés (à gauche) et les contigs hôtes (à droite). Les points de données représentent les valeurs moyennes. L'affectation taxonomique est désignée par la couleur des points et/ou de la case. La profondeur de lecture moyenne a été calculée pour chaque contig en utilisant les lectures du même échantillon utilisé dans l'assemblage. Helarchaeota Meg19_1012_Bin_504 (virus : n = 3, min = 25,52, max = 173,4, milieu = 32,50 ; MAG : n = 170, min = 9,12, moyenne = 56,58, max = 81,45, SD = 5,8, 1er quartile = 54,9, 3e quartile = 58,9), Lokiarchaeota Meg2 2_1012_Bin_233 (virus : n = 1, 77,5 ; MAG : n = 94, min = 6,16, moyenne = 37,3, max = 202,9, SD = 24,8, 1er quartile = 31,5, 3e quartile = 34,3), Lokiarchaeota Meg22_1214_Bin_191 (virus : n = 1, 17,05 ; MAG : n = 246, min = 8,1, moyenne = 44,8, max = 1253, SD = 95,6, 1er quartile = 29,7, 3e quartile = 39,7), Lokiarchaeota Meg22_1416_Bin_151 (virus : n = 1, 16,32 ; MAG : n = 217, min = 5,9, moyenne = 17, max = 48, SD = 3,7, 1er quartile = 15,7, 3e quartile = 18,5).

Les virus sont regroupés sur l'axe des x en fonction de leur hôte, les NCLDV étant inclus dans leur propre catégorie. L'axe des ordonnées indique le pourcentage de gènes présents avec des accès aux NCVOG (voir Méthodes). Chaque point du graphique représente un génome viral. Virus bactériens n = 33442, moyenne = 2, SD = ± 1,2 ; Virus archéens n = 84, moyenne = 2,4' ET = ± 1,4 ; virus Asgard n = 6, moyenne = 2,2, SD = ± 1,4 ; Virus eucaryote n = 362, moyenne = 36, SD = ± 39 ; NCLDV n = 149, moyenne = 78, SD = 21.

Les virus sont regroupés sur l'axe des ordonnées en fonction de leur hôte, les pourcentages sur l'axe des abscisses indiquant la proportion d'accès NCVOG attribués à une fonction particulière. Les NCVOG trouvés dans les virus Asgard sont liés à la réplication, à la recombinaison et à la réparation de l'ADN ou aux protéines de structure virale. Le premier groupe de NCVOG se trouve couramment dans les virus infectant les bactéries, et peut également être observé dans les virus infectant d'autres groupes d'archées et les eucaryotes. Le deuxième groupe de NCVOG ne se trouve pas aussi couramment dans d'autres virus, ce qui peut suggérer une structure similaire des virus Asgard et des NCLDV.

Un arbre phylogénétique de 241 séquences de désoxynucléotide/side monophosphate kinase de virus et de bactéries. Les cercles sur les branches indiquent que BOOSTER supporte ≥70. Les séquences Fenrir Meg22_1012 et Meg22_1214 du virus Lokiarchaeota sont surlignées en or. La phylogénie a été déduite à l'aide du modèle LG avec des fréquences de base fixes et 1000 bootstraps rapides.

Un arbre phylogénétique de 368 séquences de protéines de l'enzyme d'activation de l'ubiquitine (E1) d'archées, de bactéries, d'eucaryotes et de virus (les taxons sont étiquetés avec des couleurs de fond). Trois séquences de protéines de type E1 ont été identifiées dans les virus Nidhogg, et celles-ci sont étiquetées avec des cercles noirs et du texte en gras. Les lignes arquées montrent les connexions entre les séquences du virus Nidhogg et leur hôte Helarchaeota. Cette phylogénie a été déduite à l'aide du modèle LG + R8 avec 1000 bootstraps ultrarapides et une optimisation par l'échange du plus proche voisin (-bb 1000 -bnni). Les cercles sur les branches des arbres indiquent des supports d'amorçage ultrarapides ≥95. L'arbre est composé de séquences protéiques appartenant à la famille de la sous-unité catalytique E1 de l'enzyme activatrice de NEDD8 (n = 11, IPR030468), de l'enzyme E1 activatrice de l'ubiquitine (n = 218, IPR035985), des séquences virales obtenues à partir du NCBI (n = 14) et des séquences dérivées de Lokiarchaeota et Helarchaeota (n = 125).

Figs de données étendues. 1–7, Texte supplémentaire et description des données supplémentaires 1–13.

Résultats CRISPRDetect, y compris les longueurs et séquences d'espacement et de répétition, et la détection CRISPR ; Asgard CRISPR spacer Sortie BLASTN-short contre les virus du bassin de Guaymas ; profondeur de lecture moyenne des contigs contenant CRISPR des MAG d'Asgard ; SpacePHARER frappe des entretoises Asgard CRISPR vers les UViG du bassin de Guaymas ; et CRISPRClassify résultats pour les répétitions Asgard CRISPR.

Aperçu du génome viral, taxonomie Asgard MAG GTDBTk et statistiques MAG.

Informations minimales sur les métadonnées d'un génome viral non cultivé (MiUViG) pour les génomes viraux décrits dans cette étude.

Annotations virales avec VIBRANT, DIAMOND et InterProScan ; classification des PhANN ; et les résultats HHPred pour les principales protéines de capside prédites avec les PhANN.

Données_supplémentaires_5_Fenrir_Meg22_1012_226.pdf. Visualisation de la couverture du virus Lokiarchaeota Fenrir Meg22_1012_scaffold_226 basée sur la cartographie de lecture par rapport à l'échantillon Meg22_1012 réalisée avec BWA-MEM v0.7.17 et Samtools v1.11. Visualisé avec Geneious version 2022.0 par Biomatters. Données_supplémentaires_6_Fenrir_Meg22_1214.pdf. Visualisation de la couverture du virus Lokiarchaeota Fenrir Meg22_1214_scaffold_313 basée sur la cartographie de lecture par rapport à l'échantillon Meg22_1214 réalisée avec BWA-MEM v0.7.17 et Samtools v1.11. Visualisé avec Geneious version 2022.0 par Biomatters. Données_supplémentaires_7_Skoll_Meg22_1214_2849.pdf. Visualisation de la couverture du virus Lokiarchaeota Sköll Meg22_1214_scaffold_2849 basée sur la cartographie de lecture par rapport à l'échantillon Meg22_1214 réalisée avec BWA-MEM v0.7.17 et Samtools v1.11. Visualisé avec Geneious version 2022.0 par Biomatters. Données_supplémentaires_8_Ratatoskr_Meg22_1012_548.pdf. Visualisation de la couverture du virus Helarchaeota Ratatoskr Meg22_1012_scaffold_548 basée sur la cartographie de lecture par rapport à l'échantillon Meg22_1012 réalisée avec BWA-MEM v0.7.17 et Samtools v1.11. Visualisé avec Geneious version 2022.0 par Biomatters. Données_supplémentaires_9_Nidhogg_Meg22_1012_91.pdf. Visualisation de la couverture du virus Helarchaeota Nidhogg Meg22_1012_scaffold_91 basée sur la cartographie de lecture par rapport à l'échantillon Meg22_1012 réalisée avec BWA-MEM v0.7.17 et Samtools v1.11. Visualisé avec Geneious version 2022.0 par Biomatters. Données_supplémentaires_10_Nidhogg_Meg22_1214_152.pdf. Visualisation de la couverture du virus Helarchaeota Nidhogg Meg22_1214_scaffold_152 basée sur la cartographie de lecture par rapport à l'échantillon Meg22_1214 réalisée avec BWA-MEM v0.7.17 et Samtools v1.11. Visualisé avec Geneious version 2022.0 par Biomatters.

Séquences utilisées dans la phylogénie de l'ADN polymérase B.

Ratios d'appartenance à la classification de la famille des protéines virales (VPF) pour les virus Asgard.

Les annotations InterProScan des MAG d'Asgard ont été détaillées pour la première fois dans cette étude et les annotations IMG/M de tous les MAG utilisés dans cette étude.

Réimpressions et autorisations

Rambo, IM, Langwig, MV, Leão, P. et al. Génomes de six virus qui infectent les archées d'Asgard à partir de sédiments d'eau profonde. Nat Microbiol 7, 953–961 (2022). https://doi.org/10.1038/s41564-022-01150-8

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Reçu : 08 octobre 2021

Accepté : 16 mai 2022

Publié: 27 juin 2022

Date d'émission : juillet 2022

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

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