地球内の古細菌および古細菌ウイルスによるターゲットの多様性生成

微生物、その寄生虫、および隣人の間の進化的武器競争では、迅速なタンパク質の多様化の能力は強力な武器です。多様性生成レトロエレメント（DGR）は、変異原性逆転写とレトロホームを使用して、標的遺伝子の無数のバリアントを生成します。もともと病原体で発見されたこれらのレトロレメントは、細菌とそのウイルスで特定されていますが、古細菌では決して特定されていません。ここでは、2つの明確な地球中の古細菌系で無傷のDGRの発見を報告します。海洋地下で古細菌に感染するように見える新しいウイルスと、別々に、陸生地下の2つの耕作されていないナノアキアです。ウイルスDGRシステムは、推定テールファイバーリガンド結合ドメインを標的とし、潜在的に10（18）タンパク質バリアントを生成します。2つのシングルセルナノアルチアルゲノムには、それぞれ4つ以上の異なるDGRがあります。ゲノム全体の変異速度の予想される背景に対して、これらの結果は、地球内アルカエアとそのウイルスにおける迅速で標的配列の多様化のために、これまでに疑われていない可能性を示しています。

In the evolutionary arms race between microbes, their parasites, and their neighbours, the capacity for rapid protein diversification is a potent weapon. Diversity-generating retroelements (DGRs) use mutagenic reverse transcription and retrohoming to generate myriad variants of a target gene. Originally discovered in pathogens, these retroelements have been identified in bacteria and their viruses, but never in archaea. Here we report the discovery of intact DGRs in two distinct intraterrestrial archaeal systems: a novel virus that appears to infect archaea in the marine subsurface, and, separately, two uncultivated nanoarchaea from the terrestrial subsurface. The viral DGR system targets putative tail fibre ligand-binding domains, potentially generating >10(18) protein variants. The two single-cell nanoarchaeal genomes each possess ≥4 distinct DGRs. Against an expected background of low genome-wide mutation rates, these results demonstrate a previously unsuspected potential for rapid, targeted sequence diversification in intraterrestrial archaea and their viruses.