Recent advances in genomics of viruses and cellular life forms have greatly stimulated interest in the origins and evolution of viruses and, for the first time, offer an opportunity for a data-driven exploration of the deepest roots of viruses. Here we briefly review the current views of virus evolution and propose a new, coherent scenario that appears to be best compatible with comparative-genomic data and is naturally linked to models of cellular evolution that, from independent considerations, seem to be the most parsimonious among the existing ones. Several genes coding for key proteins involved in viral replication and morphogenesis as well as the major capsid protein of icosahedral virions are shared by many groups of RNA and DNA viruses but are missing in cellular life forms. On the basis of this key observation and the data on extensive genetic exchange between diverse viruses, we propose the concept of the ancient virus world. The virus world is construed as a distinct contingent of viral genes that continuously retained its identity throughout the entire history of life. Under this concept, the principal lineages of viruses and related selfish agents emerged from the primordial pool of primitive genetic elements, the ancestors of both cellular and viral genes. Thus, notwithstanding the numerous gene exchanges and acquisitions attributed to later stages of evolution, most, if not all, modern viruses and other selfish agents are inferred to descend from elements that belonged to the primordial genetic pool. In this pool, RNA viruses would evolve first, followed by retroid elements, and DNA viruses. The Virus World concept is predicated on a model of early evolution whereby emergence of substantial genetic diversity antedates the advent of full-fledged cells, allowing for extensive gene mixing at this early stage of evolution. We outline a scenario of the origin of the main classes of viruses in conjunction with a specific model of precellular evolution under which the primordial gene pool dwelled in a network of inorganic compartments. Somewhat paradoxically, under this scenario, we surmise that selfish genetic elements ancestral to viruses evolved prior to typical cells, to become intracellular parasites once bacteria and archaea arrived at the scene. Selection against excessively aggressive parasites that would kill off the host ensembles of genetic elements would lead to early evolution of temperate virus-like agents and primitive defense mechanisms, possibly, based on the RNA interference principle. The emergence of the eukaryotic cell is construed as the second melting pot of virus evolution from which the major groups of eukaryotic viruses originated as a result of extensive recombination of genes from various bacteriophages, archaeal viruses, plasmids, and the evolving eukaryotic genomes. Again, this vision is predicated on a specific model of the emergence of eukaryotic cell under which archaeo-bacterial symbiosis was the starting point of eukaryogenesis, a scenario that appears to be best compatible with the data. The existence of several genes that are central to virus replication and structure, are shared by a broad variety of viruses but are missing from cellular genomes (virus hallmark genes) suggests the model of an ancient virus world, a flow of virus-specific genes that went uninterrupted from the precellular stage of life's evolution to this day. This concept is tightly linked to two key conjectures on evolution of cells: existence of a complex, precellular, compartmentalized but extensively mixing and recombining pool of genes, and origin of the eukaryotic cell by archaeo-bacterial fusion. The virus world concept and these models of major transitions in the evolution of cells provide complementary pieces of an emerging coherent picture of life's history. W. Ford Doolittle, J. Peter Gogarten, and Arcady Mushegian.

RNA silencing suppressors from different plant viruses are structurally diverse. In addition to inhibiting the antiviral silencing response to condition susceptibility, many suppressors are pathogenicity factors that cause disease or developmental abnormalities. Here, unrelated suppressors from multiple viruses were shown to inhibit microRNA (miRNA) activities and trigger an overlapping series of severe developmental defects in transgenic Arabidopsis thaliana. This suggests that interference with miRNA-directed processes may be a general feature contributing to pathogenicity of many viruses. A normally labile intermediate in the miRNA biogenesis/RNA-induced silencing complex (RISC) assembly pathway, miRNA*, accumulated specifically in the presence of suppressors (P1/HC-Pro, p21, or p19) that inhibited miRNA-guided cleavage of target mRNAs. Both p21 and p19, but not P1/HC-Pro, interacted with miRNA/miRNA* complexes and hairpin RNA-derived short interfering RNAs (siRNAs) in vivo. In addition, p21 bound to synthetic miRNA/miRNA* and siRNA duplexes in vitro. We propose that several different suppressors act by distinct mechanisms to inhibit the incorporation of small RNAs into active RISCs.

RNA silencing is an evolutionarily conserved system that functions as an antiviral mechanism in higher plants and insects. To counteract RNA silencing, viruses express silencing suppressors that interfere with both siRNA- and microRNA-guided silencing pathways. We used comparative in vitro and in vivo approaches to analyse the molecular mechanism of suppression by three well-studied silencing suppressors. We found that silencing suppressors p19, p21 and HC-Pro each inhibit the intermediate step of RNA silencing via binding to siRNAs, although the molecular features required for duplex siRNA binding differ among the three proteins. None of the suppressors affected the activity of preassembled RISC complexes. In contrast, each suppressor uniformly inhibited the siRNA-initiated RISC assembly pathway by preventing RNA silencing initiator complex formation.

The majority of the diverse viruses infecting eukaryotes have RNA genomes, including numerous human, animal, and plant pathogens. Recent advances of metagenomics have led to the discovery of many new groups of RNA viruses in a wide range of hosts. These findings enable a far more complete reconstruction of the evolution of RNA viruses than was attainable previously. This reconstruction reveals the relationships between different Baltimore classes of viruses and indicates extensive transfer of viruses between distantly related hosts, such as plants and animals. These results call for a major revision of the existing taxonomy of RNA viruses.

Metagenomic analysis of viruses suggests novel patterns of evolution, changes the existing ideas of the composition of the virus world and reveals novel groups of viruses and virus-like agents. The gene composition of the marine DNA virome is dramatically different from that of known bacteriophages. The virome is dominated by rare genes, many of which might be contained within virus-like entities such as gene transfer agents. Analysis of marine metagenomes thought to consist mostly of bacterial genes revealed a variety of sequences homologous to conserved genes of eukaryotic nucleocytoplasmic large DNA viruses, resulting in the discovery of diverse members of previously undersampled groups and suggesting the existence of new classes of virus-like agents. Unexpectedly, metagenomics of marine RNA viruses showed that representatives of only one superfamily of eukaryotic viruses, the picorna-like viruses, dominate the RNA virome.

Plants exhibit an ultimate case of the intracellular motility involving rapid organelle trafficking and continuous streaming of the endoplasmic reticulum (ER). Although it was long assumed that the ER dynamics is actomyosin-driven, the responsible myosins were not identified, and the ER streaming was not characterized quantitatively. Here we developed software to generate a detailed velocity-distribution map for the GFP-labeled ER. This map revealed that the ER in the most peripheral plane was relatively static, whereas the ER in the inner plane was rapidly streaming with the velocities of up to ∼3.5 μm/sec. Similar patterns were observed when the cytosolic GFP was used to evaluate the cytoplasmic streaming. Using gene knockouts, we demonstrate that the ER dynamics is driven primarily by the ER-associated myosin XI-K, a member of a plant-specific myosin class XI. Furthermore, we show that the myosin XI deficiency affects organization of the ER network and orientation of the actin filament bundles. Collectively, our findings suggest a model whereby dynamic three-way interactions between ER, F-actin, and myosins determine the architecture and movement patterns of the ER strands, and cause cytosol hauling traditionally defined as cytoplasmic streaming.

Grapevine leafroll disease (GLD) is one of the most important grapevine viral diseases affecting grapevines worldwide. The impact on vine health, crop yield and quality is difficult to assess due to a high number of variables, but significant economic losses are consistently reported over the lifespan of a vineyard if intervention strategies are not implemented. Several viruses from the family Closteroviridae are associated with GLD. However, Grapevine leafroll-associated virus 3 (GLRaV-3), the type species for the genus Ampelovirus, is regarded as the most important causative agent. Here we provide a general overview on various aspects of GLRaV-3, with an emphasis on the latest advances in the characterization of the genome. The full genome of several isolates have recently been sequenced and annotated, revealing the existence of several genetic variants. The classification of these variants, based on their genome sequence, will be discussed and a guideline is presented to facilitate future comparative studies. The characterization of sgRNAs produced during the infection cycle of GLRaV-3 has given some insight into the replication strategy and the putative functionality of the ORFs. The latest nucleotide sequence based molecular diagnostic techniques were shown to be more sensitive than conventional serological assays and although ELISA is not as sensitive it remains valuable for high-throughput screening and complementary to molecular diagnostics. The application of next-generation sequencing is proving to be a valuable tool to study the complexity of viral infection as well as plant-pathogen interaction. Next-generation sequencing data can provide information regarding disease complexes, variants of viral species, and abundance of particular viruses. This information can be used to develop more accurate diagnostic assays. Reliable virus screening in support of robust grapevine certification programs remains the cornerstone of GLD management.

Abstract RNA viruses in aquatic environments remain poorly studied. Here, we analysed the RNA virome from approximately 10 l water from Yangshan Deep-Water Harbour near the Yangtze River estuary in China and identified more than 4,500 distinct RNA viruses, doubling the previously known set of viruses. Phylogenomic analysis identified several major lineages, roughly, at the taxonomic ranks of class, order and family. The 719-member-strong Yangshan virus assemblage is the sister clade to the expansive class Alsuviricetes and consists of viruses with simple genomes that typically encode only RNA-dependent RNA polymerase (RdRP), capping enzyme and capsid protein. Several clades within the Yangshan assemblage independently evolved domain permutation in the RdRP. Another previously unknown clade shares ancestry with Potyviridae , the largest known plant virus family. The ‘Aquatic picorna-like viruses/ Marnaviridae ’ clade was greatly expanded, with more than 800 added viruses. Several RdRP-linked protein domains not previously detected in any RNA viruses were identified, such as the small ubiquitin-like modifier (SUMO) domain, phospholipase A2 and PrsW-family protease domain. Multiple viruses utilize alternative genetic codes implying protist (especially ciliate) hosts. The results reveal a vast RNA virome that includes many previously unknown groups. However, phylogenetic analysis of the RdRPs supports the previously established five-branch structure of the RNA virus evolutionary tree, with no additional phyla.