Extensive Recombination-driven Coronavirus Diversification Expands the Pool of Potential Pandemic Pathogens.
Extensive Recombination-driven Coronavirus Diversification Expands the Pool of Potential Pandemic Pathogens.
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DOI：
10.1093/gbe/evac161
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发表时间：
2022-12-08
影响因子：
3.3
通讯作者：
Elde, Nels C.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Goldstein, Stephen A.;Brown, Joe;Pedersen, Brent S.;Quinlan, Aaron R.;Elde, Nels C.
正在进行的SARS-CoV-2大流行是过去20年中发现的第三种人畜共患冠状病毒。不同谱系的地方性和流行性冠状病毒也对牲畜构成重大威胁，最近观察到的是猪流行性腹泻病毒(PEDV)和猪急性腹泻相关冠状病毒(SADS-CoV)的强毒株。冠状病毒是RNA病毒所特有的，它编码一种校对外切酶(外显子)，它可以降低点突变的发生率，以提高大型RNA病毒基因组的生存能力，但通过点突变来限制病毒的适应是有代价的。这一限制可以通过促进基因多样性快速增加的高重组率来克服。为了比较相关序列之间的重组动态，我们开发了一个开放源代码的计算工作流程(IDPlot)，它将核苷酸鉴定、重组和系统发育分析捆绑到一个管道中。我们分析了对人类健康和农业有显著影响的三组冠状病毒之间的重组动力学：SARSR冠状病毒、贝塔冠状病毒1和SADSR冠状病毒。我们发现，这三组病毒都与来自欠采样或未采样谱系的高度分化的病毒进行了重组，包括在基因组的典型高度保守区域。在一些情况下，在基因数据库中找不到重组区域的亲本来源，这表明我们对冠状病毒多样性的浅显特征，并扩大了可能有助于未来人畜共患病事件的基因库。我们的结果也说明了目前的抽样方法在预测人畜共患病对人类和动物健康威胁方面的局限性。
The ongoing SARS-CoV-2 pandemic is the third zoonotic coronavirus identified in the last 20 years. Enzootic and epizootic coronaviruses of diverse lineages also pose a significant threat to livestock, as most recently observed for virulent strains of porcine epidemic diarrhea virus (PEDV) and swine acute diarrhea-associated coronavirus (SADS-CoV). Unique to RNA viruses, coronaviruses encode a proofreading exonuclease (ExoN) that lowers point mutation rates to increase the viability of large RNA virus genomes, which comes with the cost of limiting virus adaptation via point mutation. This limitation can be overcome by high rates of recombination that facilitate rapid increases in genetic diversification. To compare the dynamics of recombination between related sequences, we developed an open-source computational workflow (IDPlot) that bundles nucleotide identity, recombination, and phylogenetic analysis into a single pipeline. We analyzed recombination dynamics among three groups of coronaviruses with noteworthy impacts on human health and agriculture: SARSr-CoV, Betacoronavirus-1, and SADSr-CoV. We found that all three groups undergo recombination with highly diverged viruses from undersampled or unsampled lineages, including in typically highly conserved regions of the genome. In several cases, no parental origin of recombinant regions could be found in genetic databases, demonstrating our shallow characterization of coronavirus diversity and expanding the genetic pool that may contribute to future zoonotic events. Our results also illustrate the limitations of current sampling approaches for anticipating zoonotic threats to human and animal health.
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