Origins and evolution of viruses of eukaryotes: The ultimate modularity

Abstract

Viruses and other selfish genetic elements are dominant entities in the biosphere, with respect to both physical abundance and genetic diversity. Various selfish elements parasitize on all cellular life forms. The relative abundances of different classes of viruses are dramatically different between prokaryotes and eukaryotes. In prokaryotes, the great majority of viruses possess double-stranded (ds) DNA genomes, with a substantial minority of single-stranded (ss) DNA viruses and only limited presence of RNA viruses. In contrast, in eukaryotes, RNA viruses account for the majority of the virome diversity although ssDNA and dsDNA viruses are common as well. Phylogenomic analysis yields tangible clues for the origins of major classes of eukaryotic viruses and in particular their likely roots in prokaryotes. Specifically, the ancestral genome of positive-strand RNA viruses of eukaryotes might have been assembled de novo from genes derived from prokaryotic retroelements and bacteria although a primordial origin of this class of viruses cannot be ruled out. Different groups of double-stranded RNA viruses derive either from dsRNA bacteriophages or from positive-strand RNA viruses. The eukaryotic ssDNA viruses apparently evolved via a fusion of genes from prokaryotic rolling circle-replicating plasmids and positive-strand RNA viruses. Different families of eukaryotic dsDNA viruses appear to have originated from specific groups of bacteriophages on at least two independent occasions. Polintons, the largest known eukaryotic transposons, predicted to also form virus particles, most likely, were the evolutionary intermediates between bacterial tectiviruses and several groups of eukaryotic dsDNA viruses including the proposed order “Megavirales” that unites diverse families of large and giant viruses. Strikingly, evolution of all classes of eukaryotic viruses appears to have involved fusion between structural and replicative gene modules derived from different sources along with additional acquisitions of diverse genes.

Expansion of the Metazoan Virosphere: Progress, Pitfalls, and Prospects

“…It has also discovered new deep branches, such as clades of insectinfecting Partitiviruses (Webster et al 2015;Shi et al 2016a) and Luteo/Sobemo-like viruses (Tokarz et al 2014;Shi et al 2016a), and whole new families, such as the Chuviruses (Li et al 2015). This in turn has led to renewed interest in inferring deep viral phylogenies (Koonin et al 2015;Shi et al 2016a), and has prompted proposals for large-scale updates of higher-level virus taxonomy (Aiewsakun and Simmonds 2018). More importantly, metagenomics now contributes to our thinking on virus evolution.…”

Asymmetric cryo-EM structure of the canonical Allolevivirus Qβ reveals a single maturation protein and the genomic ssRNA in situ

“…single-particle cryo-EM | Allolevivirus | ssRNA virus | genomic RNA | maturation protein S ingle-stranded (ss) RNA viruses are an abundant type of virus and infect all domains of life (1)(2)(3)(4). One of the beststudied ssRNA virus systems is the Leviviridae, which infects Gram-negative bacteria via a variety of retractile pili (5); extensive genetic and biochemical studies have been performed on two of these phages: MS2 and Qβ (5)(6)(7)(8)(9)(10)(11).…”

Occurrence of Small Homologous and Complementary Fragments in Human Virus Genomes and Their Possible Role

“…Анализ геномов различных вирусов други-ми авторами также показал, что между разными по своей природе вирусами происходила реком-бинация геномов [8,10,17]. Рекомбинировали между собой также РНК-и ДНК-содержащие вирусы.…”

“…Обнаружение ГП среди РНК-содержащих вирусов подтверждает существование в при-роде множественной глубокой рекомбинации среди вирусов [8,10,17], которая могла бы про-исходить при коинфицировании ими человека или в других общих для них хозяевах. Не следу-ет полагать, что наличие в геномах вирусов ГП обязательно отображается в гомологичные пеп-тидные последовательности тех белков вирусов, на гены которых приходятся соответствующие ГП, так как рамка считывания рекомбинирован-ных фрагментов может быть сдвинута на 1 или 2 нуклеотида и ГП в геноме могут соответство-вать совершенно несходные последовательности пептидных фрагментов.…”

“…В заключение хотелось бы подчеркнуть, что биоинформатика позволяет анализировать еди-новременно множество вирусов на уровне и ну-клеиновых кислот, и белков, выявляя новые дан-ные, позволяющие сделать обобщающие выводы о происхождении и эволюции вирусов, которые невозможно извлечь экспериментально [8,10,17,19], и по-новому взглянуть на существующие представления о вирусных инфекциях и послед-ствия вакцинации против них. Выявленная ком-пьютерным анализом распространенность малых ГП и КП среди геномов разных вирусов человека можно рассматривать как результат многократной рекомбинации между ними, свершавшейся в про-шлом и возможной в настоящем и определяющей их изменчивость и адаптацию.…”