類病毒及其分類進展

摘要隨著高通量測序技術的發(fā)展及其在類病毒研究中的廣泛應用，近年來從不同的物種中發(fā)現(xiàn)了多種新類病毒以及大量的疑似類病毒的環(huán)狀RNA，給類病毒的分類和命名帶來了新挑戰(zhàn)。為此，國際類病毒分類小組更新了類病毒的分類及命名的一些規(guī)則。為了使大家更清楚地了解類病毒最新的分類及命名情況，本文在簡要介紹類病毒的基礎上，概述了當前類病毒的分類以及不同分類階元劃分的依據(jù)以及變動的原因。

關鍵詞類病毒;分類;命名;雙名法;環(huán)狀RNA;非編碼RNA

中圖分類號：S 432.41文獻標識碼：ADOI：10.16688/j.zwbh.2023499Viroid and the current status of its taxonomyTIAN Xiaxia LI Shifang ZHANG Zhixiang（1. State Key Laboratory for Biology of Plant Diseases and Insect Pests， Institute of Plant Protection，

Chinese Academy of Agricultural Sciences， Beijing100193， China; 2. Citrus Research Institute，

Southwest University， Chongqing400712， China）AbstractWith the rapid development of high-throughput sequencing and its wide application in viroid research， more viroids or viroid-like circular RNA molecules were identified from different organisms， posing a new challenge to viroid taxonomy and demarcation. Viroid study group modified the rules of viroid taxonomy and demarcation to meet the requirements of classification of the increasing new viroids. Our main purpose is to clearly show the latest viroid taxonomy and demarcation. Based on a short introduction to viroids， we comprehensively summarize the principle of viroid taxonomy and offer the explanation for the recent modifications.

Key wordsviroid;taxonomy;nomenclature;binomial nomenclature;circular RNA;non-coding

RNA類病毒是一類植物病原物，可侵染馬鈴薯、番茄和蘋果等作物，并引起多種嚴重病害，如馬鈴薯紡錘形塊莖病、番茄褪綠矮縮病、蘋果銹果病以及椰子死亡病等。由于基因組RNA結(jié)構(gòu)簡單而功能完備，類病毒還是RNA結(jié)構(gòu)與功能研究常用的模式生物［12］。雖然基因組RNA僅由幾百個堿基組成，并且無外殼蛋白的包裹，但依然能自主復制，甚至引起病害。

與植物病毒相比，類病毒的數(shù)量較少，僅有40余種（https：∥ictv.global/taxonomy），但仍有自己的分類和命名的規(guī)則和系統(tǒng)。近年來，隨著高通量測序技術的發(fā)展和應用，發(fā)現(xiàn)了多種新類病毒。此外，隨著環(huán)形RNA研究的興起［34］，人們從不同物種中鑒定出了大量的環(huán)形RNA［56］。例如，從真菌等物種中發(fā)現(xiàn)了很多與類病毒相似的環(huán)形RNA［710］。這些環(huán)形RNA不僅包含核酶結(jié)構(gòu)，而且能自主復制，被稱為類病毒樣RNA（viroid-like RNA）。這些新類病毒及類病毒樣RNA的發(fā)現(xiàn)給類病毒分類帶來了新的挑戰(zhàn)。本文將概述當前類病毒的分類，詳細介紹不同分類階元劃分的依據(jù)以及變動的原因，并且討論類病毒樣RNA的分類及命名問題。

1類病毒簡介

類病毒是一類特殊的單鏈、環(huán)狀、非編碼RNA;能夠在高等植物體內(nèi)自主復制，有的能致病，是已知最小的植物病原物。不同于普通病毒，類病毒的基因組核酸無外殼蛋白包裹，是裸露的RNA分子［11］。

1.1理化特征

類病毒的分子質(zhì)量低［12］，約為1.25×103～8.0×104 Mr?；蚪M由約250～430個堿基組成，大多數(shù)堿基可相互配對，使基因組折疊成緊湊的棒狀、類似棒狀或者分枝狀結(jié)構(gòu)［1314］，長度約為50 nm。變性條件下，所有配對的堿基打開，基因組變?yōu)閱捂湱h(huán)形，周長約100 nm?；蚪M呈分枝狀的類病毒通常不溶于2 mol/L氯化鋰溶液;而基因組呈棒狀的通常是可溶的。

1.2基因組及其結(jié)構(gòu)

類病毒基因組RNA在寄主體內(nèi)存在正鏈和負鏈，積累濃度各不相同。依慣例，濃度高的為正鏈。正、負鏈均存在線狀的形式，主要是類病毒復制過程中產(chǎn)生的雙鏈RNA中間體。多數(shù)類病毒的環(huán)狀RNA只有正鏈，少數(shù)類病毒的環(huán)狀RNA既有正鏈也有負鏈。若無特殊說明，類病毒一般指正鏈環(huán)狀RNA。除了鱷梨日斑類病毒（avocado sunblotch viroid， ASBVd）的GC含量為38%外，其余類病毒的基因組的GC含量較高，為53%～60%。

分子內(nèi)的堿基互補配對，使類病毒基因組RNA折疊成緊湊的構(gòu)象。大體分為兩類。一類呈棒狀或擬棒狀（圖1a），配對的雙鏈RNA 區(qū)與未配對堿基形成的環(huán)或凸起間隔排列;一類呈分枝狀（圖1b），由多個長短不等的發(fā)夾結(jié)構(gòu)組成。這些構(gòu)象已獲得體內(nèi)和體外試驗的證實［13， 1518］。呈棒狀或擬棒狀的基因組，通常被劃分為5個功能結(jié)構(gòu)域［1920］：左末端區(qū)（terminal left， TL），致病區(qū)（pathogenic， P），中央?yún)^(qū)（central， C），可變區(qū)（variable， V）和右末端區(qū)（terminal right， TR）。C區(qū)包含中央保守區(qū)（central conserved region， CCR）。有的類病毒的TL區(qū)包含末端保守區(qū)（terminal conserved region， TCR），而有的包含末端保守發(fā)夾結(jié)構(gòu)（terminal conserved hairpin， TCH）。呈分枝狀的基因組，不包含上述的結(jié)構(gòu)功能區(qū)，而包含錘頭狀核酶結(jié)構(gòu)［21］，并且有的還包含三級結(jié)構(gòu)，如不同發(fā)夾結(jié)構(gòu)的環(huán)之間的堿基存在互補配對［2223］，形成類似擬結(jié)結(jié)構(gòu)的“吻式”發(fā)夾（kissing-loop）。

1.3復制

類病毒進行滾環(huán)復制［2425］。基因組為棒狀或擬棒狀的類病毒，一般在寄主的細胞核內(nèi)進行非對稱滾環(huán)復制;基因組為分枝狀的類病毒，通常在寄主的葉綠體中進行對稱滾環(huán)復制（圖2）。無論哪種復制方式，均包含RNA的轉(zhuǎn)錄、剪切和連接。

非對稱滾環(huán)復制過程：1）轉(zhuǎn)錄：在寄主RNA聚合酶Ⅱ（Pol Ⅱ）的作用下，以正鏈環(huán)狀RNA為模板，通過滾環(huán)方式合成負鏈多聚RNA，然后以此為模板，合成正鏈多聚RNA;2）剪切：在寄主的某種Ⅲ型RNA酶（RNase Ⅲ）的作用下，將正鏈多聚RNA剪切成單個基因組長度的線狀RNA;3）連接：在寄主DNA連接酶Ⅰ的作用下，單個基因組長度的線狀RNA被連接成環(huán)狀。

對稱滾環(huán)復制過程：1）轉(zhuǎn)錄：在細胞核編碼的聚合酶（nuclear-encoded polymerase， NEP）作用下，以正鏈環(huán)狀RNA為模板，通過滾環(huán)方式合成負鏈多聚RNA;2）剪切：在核酶的作用下，負鏈多聚RNA自我剪切成單個基因組長度的線狀RNA;3）連接：在tRNA連接酶的作用下，單個基因組長度的線狀RNA被連接成環(huán)狀;4）轉(zhuǎn)錄：在NEP作用下，以負鏈環(huán)狀RNA為模板，合成正鏈多聚RNA;5）剪切：在核酶的作用下，正鏈多聚RNA自我剪切成單個基因組長度的線狀RNA;6）連接：在tRNA連接酶的作用下，線狀RNA被連接成環(huán)狀。

1.4生物學特征

自然界中存在多種環(huán)狀RNA。除類病毒外，還有與類病毒類似的衛(wèi)星RNA、丁型肝炎病毒（hepatitis delta virus， HDV）［26］、基因組編碼的內(nèi)源環(huán)狀RNA［5］以及從真菌中發(fā)現(xiàn)的一些環(huán)狀RNA［89］。類病毒區(qū)別于其他環(huán)狀RNA的特征是能夠在寄主體內(nèi)自主復制并建立系統(tǒng)侵染［11］。

1.4.1寄主范圍

通常認為類病毒只侵染高等植物，包括雙子葉植物和單子葉植物。不同類病毒的寄主范圍不同，差別較大。在葉綠體內(nèi)進行對稱滾環(huán)復制的類病毒的寄主范圍通常較窄。

需要注意的是，真菌可能也是類病毒的寄主，因為通過人工接種，ASBVd可在釀酒酵母Saccharomyces cerevisiae中復制［27］。此外，有研究表明，有些類病毒可以侵染植物病原真菌如栗疫病菌Cryphonectria parasitica，蘋果腐爛病菌Valsa mali，禾谷鐮孢Fusarium graminearum［28］。不過還有待進一步驗證［29］。

1.4.2癥狀

類病毒引起的癥狀與植物病毒類似。不僅整個植株會表現(xiàn)出矮化、卷葉等發(fā)育異常，而且不同組織包括葉片、花、果實、莖和根等均會表現(xiàn)出明顯的癥狀，如葉片的褪綠、斑駁和卷曲，花的變色，果實的變色及畸形，樹皮的潰瘍及開裂以及塊根的畸形等。

1.4.3移動

類病毒通過胞間連絲在寄主的細胞間進行短距離移動［30］，通過韌皮部在不同組織間進行長距離移動［31］。類病毒的移動受到自身基因組結(jié)構(gòu)及寄主蛋白的調(diào)控?；蚪M中存在一些決定細胞內(nèi)和細胞間移動的結(jié)構(gòu)模體［32］;長距離移動需要寄主蛋白質(zhì)如韌皮部凝集素（phloem protei_{PFKLG1cSzdss+KlJ7l+xbQ==}n 2， PP2）［3334］的參與。

1.4.4傳播

類病毒既可水平傳播也可垂直傳播［35］。水平傳播的方式有無性繁殖、機械摩擦、嫁接等。在園藝作物如果樹和花卉植物上，帶毒繁殖材料的擴繁是主要的傳播方式。自然條件下，類病毒一般極少通過昆蟲傳播。垂直傳播主要通過種子和花粉。傳播效率受類病毒自身、植物以及品種的影響，變化范圍較大。

2分類

在國際病毒分類委員會（International Committee on Taxonomy of Viruses， ICTV）的分類報告中，類病毒與朊病毒、衛(wèi)星病毒及其他病毒依賴性核酸一起，被歸入亞病毒因子（subviral agents）。2017年4月，ICTV發(fā)布的病毒分類及命名規(guī)范條款3.32指出：“病毒的分類規(guī)則也適用于類病毒和衛(wèi)星RNA”。然而，類病毒既不編碼蛋白質(zhì)，也無外殼蛋白包裹。病毒分類規(guī)則中的形態(tài)學特征、蛋白質(zhì)特性以及抗原特征等不能用于類病毒的分類。因此，類病毒分類主要以上述理化性質(zhì)、基因組結(jié)構(gòu)特征和生物學特性等為依據(jù)。

2.1類病毒科的劃分

根據(jù)理化性質(zhì)、基因組結(jié)構(gòu)、復制特點等將現(xiàn)有的類病毒分成兩個科：馬鈴薯紡錘形塊莖類病毒科Pospiviroidae［36］和鱷梨日斑類病毒科Avsunviroidae［37］（表1）。

2.2類病毒屬的劃分

根據(jù)CCR的序列，將馬鈴薯紡錘形塊莖類病毒科劃分為5個屬（表2），分別為蘋果銹果病類病毒屬Apscaviroid，椰子死亡類病毒屬Cocadviroid，錦紫蘇類病毒屬Coleviroid，啤酒花矮化類病毒屬Hostuviroid和馬鈴薯紡錘形塊莖類病毒屬Pospiviroid［36］。此外，末端保守區(qū)（TCR）和末端保守發(fā)夾結(jié)構(gòu)（TCH）也是劃分屬的重要依據(jù)。啤酒花矮化類病毒屬和椰子死亡類病毒屬含有TCH，其余的3個屬含有TCR。

依據(jù)錘頭狀核酶的結(jié)構(gòu)、基因組的GC含量、在2 mol/L氯化鋰溶液中的溶解性以及系統(tǒng)發(fā)育關系，將鱷梨日斑類病毒科劃分為3個屬（表2），分別為鱷梨日斑類病毒屬Avsunviroid，桃潛隱花葉類病毒屬Pelamoviroid和茄潛隱類病毒屬Elaviroid［37］。

2.3類病毒種的確立

ICTV第9次分類報告中明確指出，類病毒種的確立必須同時滿足兩個條件［11， 38］：1） 與已知類病毒相比，序列相似性低于90%;2）具有獨特的生物學特征，尤其是寄主范圍和癥狀。在實際應用中，前者通常容易滿足，而后者有時較難甚至短期內(nèi)無法滿足。例如，有的類病毒沒有致病性，侵染寄主后，呈潛伏狀態(tài)，不引起任何癥狀;有的類病毒雖有致病性，但只侵染多年生木本植物，不僅接種困難，而且癥狀表現(xiàn)所需時間較長，有的需要數(shù)年［39］。

近年來，隨著高通量測序技術的快速發(fā)展及其在類病毒鑒定中的廣泛應用［4041］，發(fā)現(xiàn)了多種新類病毒及疑似類病毒的環(huán)狀RNA，尤其是從一些多年生木本或藤本植物中，如蘋果［4243］、葡萄［41， 43］、荔枝［44］和李子［45］等。盡管它們均能滿足類病毒種確立的第1個條件，但是大多難以滿足第2個條件，使得其分類地位長時間未定。為此，生物學特征不明確的類病毒的分類成了亟須解決的問題［46］。為解決該問題，最近提出了一種新的分類標準［46］。

新標準主要基于序列相似性的比較。將類病毒的所有序列變體進行兩兩比較，獲得序列相似性矩陣（pairwise identity matrices），基于該矩陣，確定了種確立的最低序列相似性的值［46］。此前，種的確立要滿足與已知類病毒的序列相似性低于90%的標準。與之不同，新標準沒有設定統(tǒng)一的值，而是每個屬設定一個值。蘋果銹果類病毒屬為78%、啤酒花矮化類病毒屬為79%、馬鈴薯紡錘形塊莖類病毒屬為83%、椰子死亡類病毒屬為79%、錦紫蘇類病毒屬為91%、鱷梨日斑類病毒屬為92%、茄潛隱類病毒屬為83%、桃潛隱花葉類病毒屬為73%。先根據(jù)CCR的序列及基因組結(jié)構(gòu)特征，明確待分類類病毒的屬，然后查看與本屬類病毒的序列相似性。如果最低值小于該屬的種確立的標準值，則認定為該屬的新種;否則，為該屬的一種已知類病毒的序列變體。值得指出的是，這些種確立的序列相似性的標準值不是固定不變的，而是隨著種類及序列數(shù)量的增多動態(tài)變化的。

新標準下的分類系統(tǒng)與之前的相吻合，說明適用于類病毒分類。根據(jù)新標準，11種待分類的類病毒均有了明確的分類地位，經(jīng)類病毒分類小組（Viroid Study Group）討論，提議將它們均接收為正式的種，并且已經(jīng)獲得了ICTV的通過。因此，與第9次分類報告相比，最新的類病毒種類列表中新增11個成員（表2）。其中，蘋果銹果類病毒屬新增7個成員，分別為蘋果褪綠果斑類病毒Apscaviroid maculamali、葡萄潛隱類病毒Apscaviroid latensvitis、石斛類病毒Apscaviroid dendrobii、荔枝類病毒Apscaviroid litchis、李子類病毒Apscaviroid latenspruni、柿子類病毒Apscaviroid betadiospyri以及柿子類病毒2號Apscaviroid diospyri;錦紫蘇類病毒屬新增2個成員，分別為錦紫蘇類病毒5號Coleviroid epsiloncolei和錦紫蘇類病毒6號Coleviroid zetacolei;馬鈴薯紡錘形塊莖類病毒科新增1個成員，為馬齒莧潛隱類病毒Pospiviroid latensportulacae;桃潛隱花葉類病毒屬新增1個成員，為蘋果錘頭狀核酶類病毒Pelamoviroid malleusmali。至此，類病毒正式種增為44個。

雖然類病毒種確立的新標準主要依據(jù)序列相似性，但并不意味著徹底摒棄了對生物學特征的要求［46］。因為類病毒分類的前提是要先證明某個環(huán)狀RNA是類病毒，而這需要證明該環(huán)狀RNA能夠在寄主體內(nèi)自主復制［39］，這就需要進行接種等生物學試驗。此外，有時僅根據(jù)序列相似性難以區(qū)分不同的種。例如，番茄褪綠矮縮類病毒與馬鈴薯紡錘形塊莖類病毒的序列相似性約為90%［38］，按照新標準，該值高于馬鈴薯紡錘形塊莖類病毒屬種確立的標準（83%），應該是馬鈴薯紡錘形塊莖類病毒的一個變體。但是，兩者的生物學特征不同，相互之間不存在交叉保護作用［47］。因此，將番茄褪綠矮縮類病毒認定為種。

3命名

此前，類病毒的命名與病毒相同，一般由寄主名加癥狀描述組成。近年來，ICTV提議使用雙名法（binomial nomenclature）命名病毒種［48］，已于2021年3月投票通過了雙名法命名的提議［49］。以錦紫蘇類病毒屬的錦紫蘇類病毒5號為例，該類病毒的普通名稱為colues blumei viroid-5（縮寫為CbVd-5），其種名為Coleviroid epsiloncolei。書寫時應注意區(qū)分類病毒普通名稱和類病毒種名。類病毒普通名稱為正體、小寫，可縮寫;類病毒種名為斜體，不可縮寫。

4展望

類病毒的分類規(guī)則及系統(tǒng)不是固定不變的，而是隨著種類的增多不斷發(fā)展變化［38， 50］。現(xiàn)在確立類病毒種的標準也會遇到挑戰(zhàn)，因為未來會發(fā)現(xiàn)更多新類病毒。一方面，不斷深入的病毒生態(tài)學研究將會測定分析更多物種及生態(tài)系統(tǒng)中的病毒組（virome），由此應該會發(fā)現(xiàn)多種新類病毒。雖然已知的類病毒僅來自于高等植物，主要是由于過去的研究主要圍繞著作物展開，但并不意味著其他物種中沒有類病毒。有研究發(fā)現(xiàn)類病毒可以在真菌中復制［27］，并且真菌中存在大量的疑似類病毒的環(huán)狀RNA［79］。另一方面，類病毒的快速演化將會產(chǎn)生更多的新類病毒。突變和重組是類病毒演化的主要動力［51］。在已知的物種中，類病毒的突變率最高［52］，易于產(chǎn)生更多的類病毒新種。不同種間會頻繁發(fā)生重組［51］，重組是錦紫蘇類病毒屬的新種產(chǎn)生的主要方式。此外，類病毒基因組小，復制所需時間短，繁殖速度快?？傊?，具有高突變率、重組率以及快速繁殖等特點的類病毒勢必會演化出更多的新種。

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（責任編輯：田喆）