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域 (病毒學)
病毒的分类阶元 来自维基百科，自由的百科全书
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在病毒學中，域（realm）是負責監管病毒分類的國際病毒分類委員會（ICTV）為病毒設立的最高分類等級。病毒被劃分為六個域，並根據特定高度保守序列特徵進行識別和統一：
- A型去氧核糖核酸病毒域（簡稱：A型DNA病毒域） Adnaviria，其中包含具有A型雙鏈 (ds) DNA基因組的古細菌絲狀病毒，該基因組編碼獨特的α螺旋主要衣殼蛋白；
- 雙鏈去氧核糖核酸病毒域（簡稱：雙鏈DNA病毒域）Duplodnaviria，包含編碼HK97摺疊主要衣殼蛋白的所有dsDNA病毒（單鏈去氧核糖核酸病毒）；
- 單鏈去氧核糖核酸病毒域（簡稱：單鏈DNA病毒域）Monodnaviria，其中包含所有編碼HUH超家族內切酶的ssDNA病毒（雙鏈去氧核糖核酸病毒）及其後代；
- 核糖核酸病毒域（簡稱：核糖病毒域）Riboviria，其中包含所有編碼RNA依賴性RNA聚合酶的RNA病毒和所有編碼逆轉錄酶的病毒；
- 核酶病毒域 Ribozyviria，其中包含具有環狀、負義單鏈核糖核酸（ssRNA）基因組的丁型肝炎樣病毒；
- 多變DNA病毒域 Varidnaviria，其中包含編碼垂直果凍卷摺疊主要衣殼蛋白的所有雙鏈DNA病毒。
病毒域的等級與細胞生命所使用的域等級相對應，但不同之處在於，域中的病毒不一定基於共同血統而擁有共同的祖先，域之間也不一定擁有共同祖先。相反，域會根據病毒隨時間推移對高度保守的特定特徵進行分組，這些特徵可能是在一次或多次事件中獲得。因此，每個域代表至少一個病毒誕生的實例。雖然歷史上很難確定病毒之間的深層進化關係，但在21世紀，宏基因組學和低溫電子顯微鏡等方法使得此類研究成為可能，從而促成2018年核糖病毒域的建立，2019年三個領域，以及2020年兩個領域的建立。
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命名
域的名稱由描述性的第一部分和後綴-viria組成，這是病毒域（virus realms）使用的後綴。[1] 雙鏈DNA病毒域（Duplodnaviria）的第一部分「Duplo」意思是「雙倍的」，指的是dsDNA病毒（雙鏈DNA病毒），[2] Monodnaviria（單鏈DNA病毒域）的第一部分意思是「單個DNA」，指的是ssDNA病毒（單鏈DNA病毒），[3] Riboviria（核糖病毒域）的第一部分取自核糖核酸 (ribonucleic acid，RNA)，[4] Varidnaviria（多變DNA病毒域）的第一部分意思是「各種各樣的DNA」。[5] 對於類病毒（viroid），後綴指定為-viroidia，對於衛星類，後綴為 -satellitia，[1] 但截至2019年，尚未指定類病毒域或衛星域。[6]
域
雙鏈DNA病毒域包含編碼具有HK97摺疊的主要衣殼蛋白（major capsid protein，MCP）的雙鏈DNA（dsDNA）病毒。該病毒還具有許多其他與衣殼和衣殼組裝相關的特徵，包括二十面體衣殼形狀和一種在組裝過程中將病毒DNA包裝到衣殼中的終止酶。該病毒包含兩類：感染原核生物的有尾噬菌體，被歸類為有尾噬菌體目；以及感染動物的疱疹病毒，被歸類為疱疹病毒目。[2]
有尾病毒（有尾噬菌體）與疱疹病毒之間的關係尚不確定，因為它們可能擁有共同的祖先，也可能是來自有尾噬菌體目內部的一個分支。雙鏈DNA病毒的一個共同特徵是，它們會在沒有複製的情況下引發潛伏感染，但未來仍具有複製的能力。[7][8] 有尾噬菌體在世界各地普遍存在，[9] 在海洋生態學中很重要，[10] 也是許多研究的主題。[11] 已知疱疹病毒可引起多種上皮疾病，包括單純疱疹、水痘、帶狀疱疹和卡波西肉瘤。[12][13][14]
單鏈DNA病毒域包含編碼啟動滾環複製的HUH超家族內切酶的單鏈DNA（ssDNA）病毒，以及所有其他源自此類病毒的病毒。該域的典型成員被稱為CRESS-DNA病毒，具有環狀ssDNA基因組。具有線性基因組的ssDNA病毒源自它們，而一些具有環狀基因組的dsDNA病毒又源自線性ssDNA病毒。[3]
CRESS-DNA病毒包括三個感染原核生物的界：勒布噬菌體界（Loebvirae）、桑格病毒界（Sangervirae）和特拉帕尼病毒界（Trapavirae）。稱德病毒界包含真核CRESS-DNA病毒和單鏈DNA病毒域的非典型成員。[3] 真核單鏈DNA病毒與許多疾病有關，其中包括導致多種癌症的乳頭瘤病毒和多瘤病毒，[15][16] 以及雙子病毒，它們會感染許多具有重要經濟價值的作物。[17]
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核糖病毒域包含所有編碼RNA依賴性RNA聚合酶 (RdRp) 的RNA病毒，屬於正RNA病毒界，以及所有逆轉錄病毒，即所有編碼逆轉錄酶 (RT) 的病毒，屬於副RNA病毒界（Pararnavirae）。這些酶在病毒生命周期中至關重要，因為RdRp在轉錄病毒mRNA時並複製基因組，而RT也複製基因組。[4] 核糖病毒域主要包含大多真核生物病毒，包括大多數人類、動物和植物病毒，都屬於該域。[18]
大多數廣為人知的病毒性疾病是由核糖病毒域引起的，其中包括流感病毒、人類免疫缺陷病毒、冠狀病毒、伊波拉病毒和狂犬病病毒，[6] 以及第一個被發現的病毒——煙草花葉病毒。[19] 逆轉錄病毒是基因水平轉移的主要來源，通過在宿主基因組中內源化來實現，而人類基因組的很大一部分就是由這種病毒DNA組成的。[20]
多變DNA病毒域包含編碼具有果凍卷摺疊結構的主要衣殼蛋白（其中果凍卷摺疊垂直於病毒衣殼表面）的DNA病毒。許多成員還具有多種其他共同特徵，包括一種具有單個果凍卷摺疊的次要衣殼蛋白、一種在衣殼組裝過程中包裝基因組的ATP酶以及一種常見的DNA聚合酶。目前已確認兩個界：海爾維蒂病毒界（Helvetiavirae，Helvetia在拉丁語指「瑞士」，帶指果凍摺疊／瑞士卷摺疊即瑞士病毒界）成員的MCP具有單個垂直的果凍卷摺疊；以及班福病毒界，其成員的主要衣殼蛋白具有兩個垂直的果凍卷摺疊。[5]
多變DNA病毒域中的海洋病毒在世界各地普遍存在，與有尾噬菌體一樣，在海洋生態中發揮着重要作用。[21] 大多數已發現的真核生物DNA病毒都屬於這一範疇。[22] 多變DNA病毒域中值得注意的致病病毒包括腺病毒、痘病毒和非洲豬瘟病毒。[6] 痘病毒在現代醫學史上佔有重要地位，尤其是導致天花的天花病毒。[23] 許多多變DNA病毒都能夠內源化，其中一個特殊的例子是噬病毒體，它可以在感染過程中保護宿主免受巨型病毒的侵害。[22]
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A型DNA病毒域將古細菌絲狀病毒與線性A型雙鏈DNA基因組和與其它已知病毒編碼的蛋白無關的特徵性主要衣殼蛋白統一起來。[24] 該域目前包括三個科的病毒：脂毛噬菌體科、古噬菌體科／竿形（杆形）病毒科和三層病毒科，它們均感染超嗜熱古菌。腺病毒的核蛋白螺旋由包含兩個主要衣殼分子的不對稱單元組成，竿形病毒為同源二聚體，脂毛噬菌體科和三層病毒科為旁系同源主要衣殼蛋白的異源二聚體。[25][26] 韌帶病毒（ligamenviral）顆粒的主要衣殼蛋白具有獨特的α螺旋摺疊，最早在竿形病毒的一個物種島狀硫化葉菌桿狀病毒2（Sulfolobus islandicus rod-shaped virus 2，SIRV2）的主要衣殼蛋白中發現。[27] 所有A型DNA病毒域成員都有一個共同的特徵：主要衣殼蛋白二聚體與線性雙鏈DNA基因組之間的相互作用使DNA保持A型。因此，病毒粒子中的整個基因組都呈現A型。與雙鏈DNA病毒的另外兩個分支（雙鏈DNA病毒域和多變DNA病毒域）中許多結構相關的病毒一樣，不同線狀病毒綱（tokiviricetes）的病毒衣殼蛋白之間沒有可檢測到的序列相似性，這表明在病毒圈的這一部分中存在着巨大的、未被描述的病毒多樣性。
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核酶病毒域的特徵是存在丁型肝炎屬（Deltavirus，德爾塔病毒）類型的基因組和反基因組核酶。其他常見特徵包括桿狀結構和基因組編碼的RNA結合「δ抗原（德爾塔抗原）」。[28]
起源
一般來說，病毒域彼此之間沒有基於共同祖先的遺傳關係，這與細胞生命的三個域——古菌、細菌和真核生物——不同，它們擁有共同的祖先。同樣，每個界內的病毒也不一定源自共同的祖先，因為病毒域是根據高度保守的特徵而非共同祖先來分組的，而共同祖先是細胞生命分類學的基礎。因此，每個病毒域被認為代表了至少一個病毒的誕生實例。[29] 各域起源：
- A型DNA病毒域的起源未知，但有人認為A型DNA病毒域可能已經存在很長時間了，因為人們認為它們可能感染了最後的古細菌共同祖先。[30]
- 雙鏈DNA病毒域是單系或多系的，可能早於細胞生命的最後共同祖先 (LUCA)。該域的確切起源尚不清楚，儘管雙鏈DNA病毒域和包囊蛋白之間的關係尚未完全了解，但所有成員編碼的HK97摺疊MCP僅存在於該域之外的包囊蛋白中，該蛋白是細菌中的一種納米隔室。[2][31][30]
- 單鏈DNA病毒域是多系的，似乎多次從細菌和古細菌的環狀質體中出現，這些質體是生活在細菌和古細菌內部並可自我複製的染色體外DNA分子。[3][32]
- 核糖病毒域是單系或多系的。副核糖病毒界的逆轉錄酶很可能是由逆轉錄轉座子（一種通過逆轉錄進行自我複製的DNA分子）一次性進化而來的。正核糖病毒界的RNA依賴性RNA聚合酶（RdRp）的起源尚不明確，但據信它們起源於編碼逆轉錄酶細菌的group II intron，或者早於 LUCA，是古代RNA世界的後代，早於細胞生命的逆轉錄酶。[4][18][30] 2022年一項更大規模的研究描述了新的門類，支持RNA病毒源自RNA世界的假設，表明細胞生命的逆轉錄因子起源於與光滑裸露病毒門相關的祖先，而新發現的Taraviricota譜系（門）的成員將是所有RNA病毒的祖先。[33]
- 核酶病毒域的起源未知。有人提出，它們可能來自逆轉錄酶（逆轉錄轉座子家族）或具有衣殼蛋白捕獲功能的類病毒樣元件（即類病毒和衛星）。[34]
- 多變DNA病毒域是單系或多系的，可能早於LUCA。 班福病毒界很可能來自另一個界海爾維蒂病毒界（Helvetiavirae），通過兩種MCP融合基因，使MCP具有兩個而不是一個果凍卷摺疊。海爾維蒂病毒界的單果凍卷（single jelly roll，SJR）摺疊主要衣殼蛋白（major capsid protein，MCP）與一組含有SJR摺疊的蛋白質有關，包括小桶狀蛋白超家族和核質蛋白。攜球古菌病毒科中的古細菌dsDNA病毒僅含有一個垂直的SJR-MCP，而西班牙鹽盒菌病毒目似乎已經將其複製為兩個，因此攜球古菌病毒科的MCP可能代表了多變DNA病毒域MCP進化史的早期階段。[5][31][30] 然而，後來又提出了另一種設想，認為班福病毒和海爾維蒂病毒兩個界可能獨立起源，這表明班福病毒界的DJR（雙果凍卷）-MCP蛋白與細菌的DUF 2961蛋白存在關聯，從而導致了多變DNA病毒域的修訂。班福病毒域的DJR-MCP有可能獨立地從該蛋白進化而來，但DJR-MCP起源於海爾維蒂病毒界的SJR-MCP的複製的可能性尚不能排除。[35] 分子系統發育分析表明，海爾維蒂病毒界與班福病毒界DJR-MCP的起源無關，它們可能源自保護病毒綱。[36]
雖然各個域通常彼此之間沒有親緣關係，但也有一些例外：
- 位於雙鏈DNA病毒域短尾噬菌體科病毒編碼的DNA聚合酶與多變DNA病毒域的許多成員編碼的DNA聚合酶有關。[22]
- 單鏈DNA病毒域中的稱德病毒界的真核生物病毒是通過多次重組事件形成的，這些重組事件將祖先質體的DNA與核糖病毒域中的正義RNA病毒的互補DNA（cDNA）結合在一起，通過重組，稱德病毒界中的ssDNA病毒從RNA病毒中獲得衣殼蛋白。[3][31]
- 單鏈DNA病毒域中的二分DNA病毒科是通過將細小病毒（也屬單鏈DNA病毒域）基因組整合到聚合-整合酶轉座子（〔Polinton，音譯：波林頓〕該轉座子為病毒樣自我複製DNA分子）中而創建的，與多變DNA病毒域中的病毒有關。此外，二分DNA病毒編碼一種從核糖病毒域的呼腸孤病毒遺傳而來的受體結合蛋白。[37]
亞域
在病毒學中，ICTV設立的第二高分類等級是亞域（subrealm），它位於界之下。病毒亞界使用後綴-vira，類病毒亞域使用後綴-viroida，衛星亞域使用後綴-satellitida。亞域之下的等級是界。截至2019年，亞域之下尚無任何分類單元。[1][6]
歷史
在21世紀之前，人們認為病毒之間的深層進化關係難以發現，因為它們突變率高且基因數量少，這使得發現這些關係更加困難。正因如此，從1991年到2017年，病毒的最高分類等級是目。然而，在21世紀，各種方法的發展使得人們能夠研究這些更深層次的進化關係，包括宏基因組學（利用該學已經鑑定出許多以前未被發現的病毒）以及高度保守性狀的比較，這促使人們渴望建立更高級別的病毒分類學。[29]
在2018年和2019年的兩次投票中，ICTV同意採用15級病毒分類系統，涵蓋從域到種。[29] 核糖病毒域於2018年設立，基於RNA依賴性聚合酶的單系系統發育分析，[4][38] 雙鏈去氧核糖核酸病毒域於2019年設立，基于越來越多的證據表明，有尾噬菌體和疱疹病毒具有許多共同特徵，[2][39] 單鏈去氧核糖核酸病毒域於2019年成立，當時CRESS-DNA病毒的關係和起源已經得到解決，[3][40] 而多變去氧核糖核酸病毒域則是根據成員病毒的共同特徵於2019年設立的。[5][41]
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參閱
參考文獻
延伸閱讀
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