Evolution and Horizontal Gene Transfer of the Endornavirus

Abstract

수평적 유전자 이동 (horizontal gene transfer, HGT)이란 서로 연관되지 않은 종 사이에서 유전정보의 이동이 일어나는 현상을 의미하며, 이는 원핵생물과 진핵생물의 진화를 설명하는데 있어 중요한 역할을 할 것으로 생각되어 왔다. 최근에 retrovirus의 염기서열 이외에 non-retrovirus의 염기서열 역시 진핵생물의 유전체 안에 존재한다는 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이러한 연구를 바탕으로 식물의 유전체 안에 존재하는 non-retrovirus의 염기서열을 찾아보고자 하였고, 그 중에서도 double-stranded RNA virus에 속하는 Endornavirus에 초점을 맞추어 연구를 진행하였다. NCBI에서 제공되는 Endornavirus의 모든 염기서열과 아미노산 서열을 이용하여 식물 유전체, expressed sequence tags (EST)와 transcriptome shotgun assembly database, 세균 유전체로부터 유사한 염기서열을 찾아본 결과, Endornavirus에 속하는 Bell pepper endornavirus의 glycosyltransferase 도메인과 유사도를 가지는 유전자가 식물, 곰팡이, 그리고 세균에서도 존재한다는 것을 찾을 수 있었다. 이 유전자들의 계통학적 분석을 통해 Endornavirus와 세균의 glycosyltransferase 도메인이 계통학적으로 가장 밀접한 관계를 가지는 것을 확인하였다. 그 외에도, Oryza sativa endornavirus에 있는 glycosyltransferase sugar binding domain과 capsular polysaccharide domain 역시 세균의 같은 도메인과 높은 유사도를 나타내었다. 이는 Endornavirus의 도메인 중 일부가 세균으로부터 유래되었거나, 서로 진화적으로 밀접한 관계였을 가능성을 제시한다. 또한 EST 서열 분석을 통해 강낭콩에서 Bell pepper endornavirus와 매우 높은 유사도를 가지는 cDNA가 발현된다는 것을 알아내었으며, 이러한 연구들을 종합하여 Endornavirus가 가지고 있는 도메인들이 세균의 도메인과 밀접한 관계에 있다는 가능성을 찾고, 더 나아가 바이러스와 기주 사이의 공진화를 통하여 유전물질의 전달이 이루어졌음을 밝혀내는 하나의 실마리를 제공할 것으로 기대된다.

The transfer of genetic information between unrelated species is referred as horizontal gene transfer, which has been considered as one of important keys to understand prokaryotic and eukaryotic genome evolution. Several studies demonstrated that not only retroviral sequences but also non-retroviral sequences are integrated into eukaryotic genomes. Recently, we found many non-retroviral sequences present in plant genomes. Here, we studied about evolutionary origin and gene transfer of domains present in the genus Endornavirus, which is a member of double-stranded RNA viruses. Using available sequences for endornaviruses, we found Bell pepper endornavirus-like sequences are present in plants, fungi, and bacteria, which are homologous to the glycosyltransferase 28 domain. The phylogenetic analysis revealed the glycosyltransferase 28 domain of Bell pepper endornavirus is possibly originated from bacteria. In addition, two domains of Oryza sativa endornavirus including glycosyltransferase sugar-binding domain and capsular polysaccharide synthesis protein also have high similarity with those of bacteria. By searching endornavirus-like sequences in eukaryotic genomes, we unveiled a total of 39 non-redundant expressed sequence tags of Phaseolus species, which are matched to various regions of Bell pepper endornavirus with high similarity. Taken together, our study is the first report showing three glycome related viral genes in the genus Endornavirus have been acquired from marine bacteria by HGT.