DOI: https://doi.org/10.1093/ismejo/wrag084
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41967492
تاريخ النشر: 2026-01-01
المؤلف: Isaac Meza‐Padilla وآخرون
الموضوع الرئيسي: البكتريوفاجات والتفاعلات الميكروبية
نظرة عامة
في هذه الدراسة، أعاد المؤلفون إعادة توضيح الجينوم للفيروس الأزرق العملاق PhiMa05، كاشفين أنه يشفر ستة بروتينات ريبوسومية (RPs)، وإنزيم أسيتيل ترانسفيراز RP، وبروتين يشارك في بيولوجيا الريبوسوم. يتناقض هذا الاكتشاف مع الملاحظة النموذجية التي تشير إلى أن الجينومات الفيروسية تحتوي عادةً على جين واحد فقط يشفر RP.
علاوة على ذلك، تشير التحليلات التطورية إلى أن الجينات المشفرة لـ RP من PhiMa05 قد تكون قد خضعت لنقل أفقي إلى أعضاء محددين من Vampirovibrionia، وهو سلالة قاعدية غير ضوئية ضمن Cyanobacteriota. وهذا يقترح آلية محتملة لدمج المادة الوراثية الفيروسية في جينومات هذه البكتيريا، مما يبرز التفاعلات المعقدة بين الفيروسات وموائلها في النظم البيئية الميكروبية.
مقدمة
تناقش مقدمة هذه الورقة البحثية الفهم المتطور للتمييز بين الفيروسات والخلايا، لا سيما فيما يتعلق بوجود جينات ريبوسومية. تقليديًا، كانت غياب البروتينات الريبوسومية (RPs) في الفيروسات سمة مميزة؛ ومع ذلك، تشير الاكتشافات الحديثة إلى أن بعض الجينومات الفيروسية، بما في ذلك تلك الخاصة بالفيروسات العملاقة، يمكن أن تشفر RPs. ومن الجدير بالذكر أن الفيروس الأزرق PhiMa05، الذي تم التعرف عليه في محطة معالجة مياه الصرف الصحي في تايلاند، وُجد أنه يمتلك جينومًا يشفر ستة RPs، مما يجعله أول فيروس أزرق مزروع يُبلغ عن وجود مثل هذه الجينات وأول فيروس يمتلك مجموعة كاملة من الجينات المشفرة لـ RP المعروفة.
تستكشف الدراسة أيضًا الآثار التطورية لهذه الاكتشافات، مقترحة أن الجينات المشفرة لـ RP في PhiMa05 قد تم الحصول عليها من مضيف يشبه Vampirovibrio من خلال نقل الجينات الأفقي. تشير التحليلات النشوء إلى علاقة وثيقة بين RPs من PhiMa05 وتلك الخاصة بـ Vampirovibrio، وهو جنس من البكتيريا الزرقاء المفترسة. تشير وجود الفيروسات المماثلة لـ PhiMa05 المحفوظة في جينومات سلالات Vampirovibrio chlorellavorus إلى اعتماد محتمل لهذه المضيفات على الجينات الفيروسية من أجل تخليق البروتين. يقترح المؤلفون سيناريو حيث قام سلف PhiMa05 بدمج جينومه في مضيف فقد بعد ذلك جيناته المشفرة لـ RP، مما يبرز التفاعل المعقد بين تطور الفيروسات واعتماد المضيف. تؤكد هذه الاكتشافات على دور الانتقاء في تفضيل اكتساب الجينات المشفرة لـ RP في بعض الفيروسات، مع آثار على الديناميات التطورية بين الفيروسات وموائلها.
الطرق
في هذه الدراسة، قام المؤلفون بإجراء إعادة توضيح وظيفية شاملة لجينوم PhiMa05 (رقم الوصول إلى GenBank: MW495066.1) باستخدام أدوات المعلوماتية الحيوية المختلفة. شمل عملية إعادة التوضيح استخراج البيانات من قاعدة بيانات بروتين NCBI، وإجراء بحث BLASTP لـ RefSeq، واستخدام InterProScan وFoldseek للتأكيد الهيكلي للبروتينات الريبوسومية (RPs). تم تعريف نتائج BLASTP وFoldseek المهمة بواسطة قيم E < 0.001، وتم تنفيذ نمذجة هيكلية لـ RPs باستخدام AlphaFold 3، باستثناء بروتين bS1، الذي تم نمذجته باستخدام D-I-TASSER بسبب نتائج AlphaFold غير الكافية. تم ضمان دقة النمذجة من خلال استخدام خيارات متقدمة في D-I-TASSER وتحديد عتبة لدرجات نمذجة القالب المقدرة (eTM) > 0.5.
تم إجراء تحليلات النشوء من خلال محاذاة تسلسلات متعددة لأفضل 20 نتيجة BLASTP لـ RPs من PhiMa05، باستخدام Muscle 5.3 للمحاذاة وSeaView للتصور. اختار المؤلفون كتل المواقع المحفوظة باستخدام Gblocks وأعادوا بناء أشجار النشوء باستخدام PhyML 3.1، مع تطبيق نموذج استبدال الأحماض الأمينية LG و100 تكرار bootstrap. تم إجراء تعديلات على معلمات Gblocks لمحاذاة بروتين البوابة لتعزيز متانة الشجرة. بالإضافة إلى ذلك، تم إجراء محاذاة جينومية متعددة بين PhiMa05 وسلالتين من Vampirovibrio chlorellavorus باستخدام progressiveMauve، مع استخدام Prokka لتوضيح الجينوم غير المفسر قبل المحاذاة.
DOI: https://doi.org/10.1093/ismejo/wrag084
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41967492
Publication Date: 2026-01-01
Author(s): Isaac Meza‐Padilla et al.
Primary Topic: Bacteriophages and microbial interactions
Overview
In this study, the authors reannotate the genome of the jumbo cyanophage PhiMa05, revealing that it encodes six ribosomal proteins (RPs), an RP acetyltransferase, and a protein involved in ribosome biogenesis. This finding contrasts with the typical observation that viral genomes usually contain only a single RP-coding gene.
Furthermore, evolutionary analyses indicate that the RP-coding genes from PhiMa05 may have undergone horizontal transfer to specific members of the Vampirovibrionia, a non-photosynthetic basal lineage within the Cyanobacteriota. This suggests a potential mechanism for the integration of viral genetic material into the genomes of these bacteria, highlighting the complex interactions between viruses and their hosts in microbial ecosystems.
Introduction
The introduction of this research paper discusses the evolving understanding of the distinction between viruses and cells, particularly regarding the presence of ribosomal genes. Traditionally, the absence of ribosomal proteins (RPs) in viruses has been a defining characteristic; however, recent discoveries indicate that some viral genomes, including those of jumbo phages, can encode RPs. Notably, the cyanophage PhiMa05, identified in a wastewater treatment plant in Thailand, has been found to possess a genome that encodes six RPs, making it the first cultivated cyanophage reported to have such genes and the virus with the most complete RP-coding set known.
The study further explores the evolutionary implications of these findings, suggesting that the RP-coding genes in PhiMa05 may have been acquired from a Vampirovibrio-like host through horizontal gene transfer. Phylogenetic analyses indicate a close relationship between the RPs of PhiMa05 and those of Vampirovibrio, a genus of predatory cyanobacteria. The presence of conserved PhiMa05-like prophages in the genomes of Vampirovibrio chlorellavorus strains suggests a potential dependency of these hosts on the viral genes for protein synthesis. The authors propose a scenario where the PhiMa05 ancestor integrated its genome into a host that subsequently lost its own RP-coding genes, highlighting the complex interplay between viral evolution and host dependency. These findings underscore the role of selection in favoring the acquisition of RP-coding genes in certain viruses, with implications for the evolutionary dynamics between viruses and their host organisms.
Methods
In this study, the authors performed a comprehensive whole-genome functional reannotation of the PhiMa05 genome (GenBank accession number: MW495066.1) utilizing various bioinformatics tools. The reannotation process involved mining the NCBI Protein database, conducting RefSeq BLASTP searches, and using InterProScan and Foldseek for structural confirmation of ribosomal proteins (RPs). Significant BLASTP and Foldseek hits were defined by E-values < 0.001, with structural modeling for RPs executed using AlphaFold 3, except for the bS1 protein, which was modeled using D-I-TASSER due to inadequate AlphaFold results. The modeling accuracy was ensured by employing advanced options in D-I-TASSER and setting a threshold for estimated template modeling (eTM) scores > 0.5.
Phylogenetic analyses were conducted through multiple sequence alignments of the top 20 RefSeq BLASTP hits for PhiMa05 RPs, utilizing Muscle 5.3 for alignment and SeaView for visualization. The authors selected conserved site blocks using Gblocks and reconstructed maximum likelihood phylogenies with PhyML 3.1, applying the LG amino acid substitution model and 100 bootstrap replicates. Adjustments to Gblocks parameters were made for the portal protein alignment to enhance tree robustness. Additionally, a multiple genome alignment between PhiMa05 and two strains of Vampirovibrio chlorellavorus was performed using progressiveMauve, with Prokka used for annotating the unannotated genome prior to alignment.