Unlike other viruses, retroviruses replicate by copying their RNA genomes to DNA. They therefore become a largely inseparable part of the cell's genome upon infection. Retroviruses can be transmitted horizontally and vertically by infection and often have wide cellular tropism. Exogenous retroviral infection (XRV) occurs in somatic cells, but when infection is in the germline, the resulting provirus is known as an endogenous retrovirus (ERVs). Accumulation of these retroviral sequences over evolutionary time has granted them ~ 8% occupancy of the human genome and, along with other transposable elements (TEs), makes them a major determinant of DNA sequence diversity and driver of species evolution. Millions of years of evolution have obscured the history of mutation, indel, rearrangement and distribution events that ERVs have experienced since they integrated. Understanding how ERVs establish themselves in a host genome is crucial to infer vertebrate adaptive immunity and the generated memory of these genome invaders. Koala retrovirus (KoRV), as the only known mammalian retrovirus currently undergoing genome colonization, is generally used as a model system for mechanism of endogenization. However the precursor vector species that gave rise to KoRV and the closely related pathogenic Gibbon Ape Leukemia Virus (GALV) remains obscure. In an attempt to identify the reservoir of GALV-KoRV, we have identified a novel infectious GALV virus in a specific population of a native rodent of Papua New Guinea, Melomys leucogaster. We named this virus, complete melomys woolly monkey virus (cMWMV). Using cell culture methods, fluorescence, and electron microscopy, we have characterized this gammaretrovirus. The significance of cMWMV is that like KoRV, it is currently invading the genome of a new host species. As KoRV is restricted to koalas, cMWMV could provide an additional rodent model to further study the evolutionary processes that contribute to the germline invasion and adaptation to a new host. This recent retroviral invasion can help us elucidate the general principles of antiretroviral gene evolution within Melomys and between rodent species that are known to be under diversifying selection in the primate orthologs. PacBio sequencing was used to sequence the whole genome of Melomys. Guided sequence alignment was performed and exons corresponding to genes of interest were extracted. Coding sequences (CDS) were de novo assembled and manually curated. We then used various substitution models to quantify the selection pressure in these immune genes. Our data suggest that, similar to primates, these genes may have experienced positive selection at some sites (codons) in Mus musculus and Rattus norvegicus lineages. However the excess of synonymous sites asserts a long-term trend of purifying selection. A weak intensified diversifying selection pattern in Melomys lineage of ZAP (zinc-finger CCCH-type antiviral protein 1) gene could indicate an effort to inhibit viral mRNA translation of the endogenizing cMWMV.
Im Gegensatz zu anderen Viren replizieren sich Retroviren, indem sie ihr RNS-Genom in DNS kopieren. Daher werden sie nach der Infektion zu einem weitgehend untrennbaren Teil des Zellgenoms. Retroviren können durch Infektion horizontal und vertikal übertragen werden und haben oft einen breiten Zelltropismus. Eine exogene retrovirale Infektion (XRV) findet in somatischen Zellen statt. Erfolgt jedoch die Infektion in der Keimbahn, wird das resultierende Provirus als endogenes Retrovirus (ERV) bezeichnet. Die Anhäufung dieser retroviralen Sequenzen im Laufe der Evolution hat dazu geführt, dass sie ca. 8 % des menschlichen Genoms einnehmen und zusammen mit anderen transponierbaren Elementen (TEs) eine wichtige Determinante der DNS-Sequenzvielfalt sowie eine treibende Kraft für die Evolution der Arten darstellen. Jahrmillionen der Evolution haben den Verlauf von Mutation, Indel, Umlagerung und Verbreitung, die ERVs seit ihrer Integration erfahren haben, verschleiert. Die Art und Weise, wie sich ERVs in einem Wirtsgenom etablieren, ist entscheidend, um Rückschlüsse auf die adaptive Immunität von Wirbeltieren und das erzeugte Gedächtnis dieser Genom-Invasoren zu ziehen. Das Koala-Retrovirus (KoRV), das einzige bekannte Säugetier-Retrovirus, das derzeit eine Genomkolonisierung durchläuft, wird im Allgemeinen als Modellsystem für den Mechanismus der Endogenisierung verwendet. Die Vorläufer-Vektorspezies, die KoRV und das eng verwandte pathogene Gibbon-Affen-Leukämievirus (GALV) hervorgebracht hat, ist jedoch nach wie vor unbekannt. In einem Versuch, das Reservoir von GALV-KoRV zu identifizieren, haben wir ein neuartiges infektiöses GALV-Virus in einer bestimmten Population eines in Papua-Neuguinea heimischen Nagetiers, Melomys leucogaster, nachgewiesen. Das Virus wurde complete Melomys Woolly Monkey Virus (cMWMV) genannt. Mit Hilfe von Zellkulturmethoden, Fluoreszenz- und Elektronenmikroskopie haben wir dieses Gammaretrovirus charakterisiert. Die Besonderheit von cMWMV besteht darin, dass es, wie KoRV, derzeit in das Genom einer neuen Wirtsart eindringt. Da KoRV nur bei Koalas vorkommt, könnte cMWMV ein zusätzliches Nagetiermodell sein, um die evolutionären Prozesse zu untersuchen, die zur Keimbahninvasion und Anpassung an einen neuen Wirt beitragen. Diese jüngste retrovirale Invasion kann uns helfen, die allgemeinen Prinzipien der antiretroviralen Genevolution innerhalb von Melomys und zwischen Nagetierarten zu verdeutlichen, die bekanntermaßen der diversifizierenden Selektion der Primatenorthologen unterliegen. Mittels PacBio-Sequenzierung wurde das gesamte Genom von Melomys sequenziert. Ein geführter Sequenzabgleich wurde vorgenommen und die den relevanten Genen entsprechenden Exone extrahiert. Die kodierenden Sequenzen (CDS) wurden de novo assembliert und manuell kuratiert. Anschließend haben wir verschiedene Substitutionsmodelle angewandt, um den Selektionsdruck in diesen Immungenen zu quantifizieren. Unsere Daten deuten darauf hin, dass diese Gene, ähnlich wie bei den Primaten, in den Abstammungslinien von Mus musculus und Rattus norvegicus an einigen Stellen (Codons) einer positiven Selektion unterlegen haben könnten. Der Überschuss an synonymen Stellen deutet jedoch auf einen langfristigen Trend der reinigenden Selektion hin. Ein schwaches, verstärkt diversifizierendes Selektionsmuster in der Melomys-Abstammungslinie des ZAP-Gens (Zink-Finger-CCCH-Typ antivirales Protein 1) könnte auf einen Versuch hindeuten, die virale mRNA-Translation des endogenisierenden cMWMV zu inhibieren.
