Abstract DNA viruses have a major influence on the ecology and evolution of cellular organisms, but their overall diversity and evolutionary trajectories remain elusive. Here, we performed a phylogeny-guided genome-resolved metagenomic survey of the sunlit oceans and discovered plankton-infecting relatives of herpesviruses that form a putative new phylum dubbed ‘ Mirusviricota ’. The virion morphogenesis module of this large monophyletic clade is typical of viruses from the realm Duplodnaviria , with the major capsid protein fold being a likely structural intermediate between the capsid proteins of Caudoviricetes (tailed phages) and Herpesvirales (animal-infecting viruses). Yet, a substantial fraction of ‘ Mirusviricota’ genes, including hallmark transcription machinery genes missing in herpesviruses, are closely related homologs of large and giant eukaryotic DNA viruses from another viral realm. The remarkable chimeric attributes of ‘ Mirusviricota ’ provide missing links in the evolution of both herpesviruses and giant viruses. Furthermore, mirusviruses are widespread and transcriptionally active from pole to pole, encoding complex functional traits used during the infection of microbial eukaryotes. The ‘ Mirusviricota ’ prevalence, functional activity, diversification, and atypical evolutionary traits point to a lasting role of mirusviruses in the ecology of marine ecosystems that might have not only predated but also contributed to the emergence of herpesviruses and giant viruses.

Abstract Nucleocytoplasmic DNA viruses (NCLDVs) are highly diverse and abundant in marine environments. However, knowledge of their hosts is limited because only a few NCLDVs have been isolated so far. Taking advantage of the recent large-scale marine metagenomics census, in silico host prediction approaches are expected to fill the gap and further expand our knowledge of virus–host relationships for unknown NCLDVs. In this study, we built co-occurrence networks of NCLDVs and eukaryotic taxa to predict virus–host interactions using Tara Oceans sequencing data. Using the positive likelihood ratio to assess the performance of host prediction for NCLDVs, we benchmarked several co-occurrence approaches and demonstrated an increase in the odds ratio of predicting true positive relationships four-fold compared with random host predictions. To further refine host predictions from high-dimensional co-occurrence networks, we developed a phylogeny-informed filtering method, Taxon Interaction Mapper, and showed it further improved the prediction performance by twelve-fold. Finally, we inferred virophage – NCLDV networks to corroborate that co-occurrence approaches are effective for predicting interacting partners of NCLDVs in marine environments. Importance NCLDVs can infect a wide range of eukaryotes although their life cycle is less dependent on hosts compared with other viruses. However, our understanding of NCLDV– host systems is highly limited because few of these viruses have been isolated so far. Co-occurrence information has been assumed to be useful to predict virus–host interactions. In this study, we quantitatively show the effectiveness of co-occurrence inference for NCLDV host prediction. We also improve the prediction performance with a phylogeny-guided method, which leads to a concise list of candidate host lineages for three NCLDV families. Our results underpin the usage of co-occurrence approach for metagenomic exploration of the ecology of this diverse group of viruses.

Summary A recent marine metagenomic study has revealed the existence of a novel group of viruses designated mirusviruses, which are proposed to form an evolutionary link between two realms of double-stranded DNA viruses, Varidnaviria and Duplodnaviria . Metagenomic data suggest that mirusviruses infect microeukaryotes in the photic layer of the ocean, but their host range remains largely unknown. In this study, we investigated the presence of mirusvirus marker genes in publicly available 1,901 eukaryotic genome assemblies, mainly derived from unicellular eukaryotes, to identify potential hosts of mirusviruses. Mirusvirus marker sequences were identified in 1,348 assemblies spanning 284 genera across eight supergroups of eukaryotes. The habitats of the putative mirusvirus hosts included not only marine but also other diverse environments. Among the major capsid protein (MCP) signals in the genome assemblies, we identified 85 sequences that showed high sequence and structural similarities to reference mirusvirus MCPs. A phylogenetic analysis of these sequences revealed their distant evolutionary relationships with the seven previously reported mirusvirus clades. Most of the scaffolds with these MCP sequences encoded multiple mirusvirus homologs, underscoring the impact of mirusviral infection on the evolution of the host genome. We also identified three circular mirusviral genomes within the genomic data of the oil producing thraustochytrid Schizochytrium sp. and the endolithic green alga Ostreobium quekettii . Overall, mirusviruses probably infect a wide spectrum of eukaryotes and are more diverse than previously reported. Highlights Mirusvirus signals detected in genomic data from eight eukaryotic supergroups. Habits of putative mirusvirus hosts not limited to marine environments. Major capsid sequences from these assemblies show new mirusviral lineages. Three circular mirusvirus genomes were identified.

A recent marine metagenomic study has revealed the existence of a novel group of viruses designated mirusviruses, which are proposed to form an evolutionary link between two realms of double-stranded DNA viruses, Varidnaviria and Duplodnaviria. Metagenomic data suggest that mirusviruses infect microeukaryotes in the photic layer of the ocean, but their host range remains largely unknown. In this study, we investigated the presence of mirusvirus marker genes in 1,901 publicly available eukaryotic genome assemblies, mainly derived from unicellular eukaryotes, to identify potential hosts of mirusviruses. Mirusvirus marker sequences were identified in 915 assemblies spanning 227 genera across eight supergroups of eukaryotes. The habitats of the putative mirusvirus hosts included not only marine but also other diverse environments. Among the major capsid protein (MCP) signals in the genome assemblies, we identified 85 sequences that showed high sequence and structural similarities to reference mirusvirus MCPs. A phylogenetic analysis of these sequences revealed their distant evolutionary relationships with the seven previously reported mirusvirus clades. Most of the scaffolds with these MCP sequences encoded multiple mirusvirus homologs, suggesting that mirusviral infection contributes to the alteration of the host genome. We also identified three circular mirusviral genomes within the genomic data of the oil-producing thraustochytrid Schizochytrium sp. and the endolithic green alga Ostreobium quekettii. Overall, mirusviruses probably infect a wide spectrum of eukaryotes and are more diverse than previously reported.

Abstract The phylum Nucleocytoviricota comprises a diverse group of double-stranded DNA viruses that display a wide range of gene repertoires. Although these gene repertoires determine the characteristics of individual viruses, the evolutionary processes that have shaped the gene repertoires of extant viruses since their common ancestor are poorly characterized. In this study, we aimed to address this gap in knowledge by using amalgamated likelihood estimation (ALE), a probabilistic tree reconciliation method that infers evolutionary scenarios by distinguishing origination, gene duplications, virus-to-virus horizontal gene transfer (vHGT), and gene losses. We analyzed over 4,700 gene families from 195 genomes spanning all known viral orders. The evolutionary reconstruction suggests a history of extensive gene gains and losses during the evolution of these viruses, notably with vHGT contributing to gene gains at a comparable level to duplications and originations. The vHGT frequently occurred between phylogenetically closely related viruses, as well as between distantly related viruses with an overlapping host range. We observed a pattern of massive gene duplications that followed vHGTs for gene families that was potentially related to host range control and virus-host arms race. These results suggest that vHGT represents a previously overlooked, yet important, evolutionary force that integrates the evolutionary paths of multiple viruses and affects shaping of Nucleocytoviricota virus gene repertoires.

Abstract Giant viruses are crucial for marine ecosystem dynamics because they regulate microeukaryotic community structure, accelerate carbon and nutrient cycles, and drive the evolution of their hosts through co-evolutionary processes. Previously reported long-term observations revealed that these viruses display fluctuations in abundance. However, the underlying genetic mechanisms driving such dynamics in these viruses remain largely unknown. In this study, we investigated population and intra-population dynamics of giant viruses using time-series metagenomes from eutrophic coastal seawater samples collected over 20 months. A newly developed near-automatic computational pipeline generated 1,065 high-quality metagenome-assembled genomes covering six major giant virus lineages. These genomic data revealed year-round recovery of the viral community at the study site and distinct dynamics of different viral populations classified as persistent (n = 9), seasonal (n = 389), sporadic (n = 318), or others. Notably, year-round recovery patterns were observed at the intra-population genetic diversity level for viruses classified as persistent or seasonal. Our results further indicated that the viral genome dynamics were associated with intra-population diversity; specifically, giant viruses with broader niche breadth tended to exhibit greater levels of microdiversity. We argue that greater microdiversity in viruses likely enhances adaptability and thus survival under the virus–host arms race during prolonged interactions with their hosts.

Background: Although observational studies indicated connections between fatty acids (FAs) and Alzheimer’s disease and dementia, uncertainty persists regarding how these relationships extend to dementia with Lewy bodies (DLB). Objective: To explore the potential causal relationships between FAs and the development of DLB, thus clarifying these associations using genetic instruments to infer causality. Methods: We applied a two-sample Mendelian randomization (MR) and multivariable Mendelian randomization (MVMR) approach. Genetic data were obtained from a DLB cohort, comprising 2,591 cases and 4,027 controls of European descent. Eight FAs, including linoleic acid, docosahexaenoic acid, monounsaturated fatty acid, omega-3 fatty acid, omega-6 fatty acid, polyunsaturated fatty acid, saturated fatty acid, and total fatty acid, were procured from a comprehensive GWAS of metabolic biomarkers of UK Biobank, conducted by Nightingale Health in 2020 (met-d), involving 114,999 individuals. Our analysis included inverse-variance weighted, MR-Egger, weighted-median, simple mode, and weighted-mode MR estimates. Cochran’s Q-statistics, MR-PRESSO, and MR-Egger intercept test were used to quantify the heterogeneity and horizontal pleiotropy of instrumental variables. Results: Only linoleic acid showed a significant genetic association with the risk of developing DLB in the univariate MR. The odds ratio for linoleic acid was 1.337 with a 95% confidence interval of 1.019–1.756 (pIVW = 0.036). Results from the MVMR showed that no FAs were associated with the incidence of DLB. Conclusions: The results did not support the hypothesis that FAs could reduce the risk of developing DLB. However, elucidating the relationship between FAs and DLB risk holds potential implications for informing dietary recommendations and therapeutic approaches in DLB.

Abstract Most fungal viruses are RNA viruses and no double-stranded DNA virus that infects fungi is known to date. A recent study detected DNA polymerase genes that originated from large dsDNA viruses in the genomes of basal fungi, suggestive of the existence of dsDNA viruses capable of infecting fungi. In this study, we searched for viral infection signatures in chromosome-level genome assemblies of the arbuscular mycorrhizal fungus Rhizophagus irregularis . We identified a continuous 1.5 Mb putative viral region on a chromosome in R. irregularis strain 4401. Phylogenetic analyses revealed that the viral region is related to viruses in the family Asfarviridae of the phylum Nucleocytoviricota . Single-copy marker genes from Nucleocytoviricota were detected as single-copy genes in the viral region. Furthermore, this viral region was absent in the genomes of four other R. irregularis strains and had fewer signals of fungal transposable elements than the other genomic regions. These results suggest a recent and single insertion of a large dsDNA viral genome in the genome of this fungal strain, providing strong evidence of the recent infection of the fungus by a dsDNA virus.

Abstract Horizontal gene transfers (HGTs) integrate all forms of life and viruses into a vast network of gene flow, which facilitates the transmission of genes beyond vertical inheritance and enhances genomic evolution. HGT is known to occur between closely related viruses. We hypothesized that there is frequent HGT among nucleocytoviruses, a group of diverse but evolutionarily related DNA viruses encoding hundreds to thousands of genes. However, the frequency of viral HGT (vHGT) has not been systematically investigated for nucleocytoviruses. We reconciled over 4,700 gene trees with a robust viral species tree that contains 195 reference viral genomes mainly from cultivation as a reference to infer evolutionary events, including gene gains (gene duplication, origination, and vHGT) and losses. The inferred evolutionary scenarios revealed that the genomes of these viruses have undergone numerous gene gain and loss events, with vHGT representing 28% to 42% of gene gain events in each viral order. By integrating the evolutionary paths of multiple viruses, our data suggest that vHGT is crucial for nucleocytovirus evolution.