The family Potyviridae includes >30% of known plant virus species, many of which are of great agricultural significance. These viruses have a positive sense RNA genome that is approximately 10 kb long and contains a single long ORF. The ORF is translated into a large polyprotein, which is cleaved into approximately 10 mature proteins. We report the discovery of a short ORF embedded within the P3 cistron of the polyprotein but translated in the +2 reading-frame. The ORF, termed pipo, is conserved and has a strong bioinformatic coding signature throughout the large and diverse Potyviridae family. Mutations that knock out expression of the PIPO protein in Turnip mosaic potyvirus but leave the polyprotein amino acid sequence unaltered are lethal to the virus. Immunoblotting with antisera raised against two nonoverlapping 14-aa antigens, derived from the PIPO amino acid sequence, reveals the expression of an approximately 25-kDa PIPO fusion product in planta. This is consistent with expression of PIPO as a P3-PIPO fusion product via ribosomal frameshifting or transcriptional slippage at a highly conserved G(1-2)A(6-7) motif at the 5' end of pipo. This discovery suggests that other short overlapping genes may remain hidden even in well studied virus genomes (as well as cellular organisms) and demonstrates the utility of the software package MLOGD as a tool for identifying such genes.

Influenza's Cryptic Constraint Because of the well-known pandemic potential of influenza viruses, it is important to understand the range of molecular interactions between the virus and its host. Despite years of intensive research on the virus, Jagger et al. (p. 199 , published online 28 June; see the Perspective by Yewdell and Ince ) have found that the influenza A virus has been hiding a gene in its small negative-sense RNA genome. An overlapping open reading frame was found contained in the PA viral RNA polymerase gene, which is accessed by ribosomal frameshifting to produce a fusion protein containing the N-terminal messenger RNA (mRNA) endonuclease domain of PA and an alternative C-terminal X domain. The resulting polypeptide, PA-X, selectively degrades host mRNAs and, in a mouse model of infection, modulated cellular immune responses, thus limiting viral pathogenesis.

The arterivirus family (order Nidovirales ) of single-stranded, positive-sense RNA viruses includes porcine respiratory and reproductive syndrome virus and equine arteritis virus (EAV). Their replicative enzymes are translated from their genomic RNA, while their seven structural proteins are encoded by a set of small, partially overlapping genes in the genomic 3′-proximal region. The latter are expressed via synthesis of a set of subgenomic mRNAs that, in general, are functionally monocistronic (except for a bicistronic mRNA encoding the E and GP2 proteins). ORF5, which encodes the major glycoprotein GP5, has been used extensively for phylogenetic analyses. However, an in-depth computational analysis now reveals the arterivirus-wide conservation of an additional AUG-initiated ORF, here termed ORF5a, that overlaps the 5′ end of ORF5. The pattern of substitutions across sequence alignments indicated that ORF5a is subject to functional constraints at the amino acid level, while an analysis of substitutions at synonymous sites in ORF5 revealed a greatly reduced frequency of substitution in the portion of ORF5 that is overlapped by ORF5a. The 43–64 aa ORF5a protein and GP5 are probably expressed from the same subgenomic mRNA, via a translation initiation mechanism involving leaky ribosomal scanning. Inactivation of ORF5a expression by reverse genetics yielded a severely crippled EAV mutant, which displayed lower titres and a tiny plaque phenotype. These defects, which could be partially complemented in ORF5a-expressing cells, indicate that the novel protein, which may be the eighth structural protein of arteriviruses, is expressed and important for arterivirus infection.

There are many methods for introducing random mutations into nucleic acid sequences. Previously, we described a suite of programmes for estimating the completeness and diversity of randomized DNA libraries generated by a number of these protocols. Our programmes suggested some empirical guidelines for library design; however, no information was provided regarding library diversity at the protein (rather than DNA) level. We have now updated our web server, enabling analysis of translated libraries constructed by site-saturation mutagenesis and error-prone PCR (epPCR). We introduce GLUE-Including Translation (GLUE-IT), which finds the expected amino acid completeness of libraries in which up to six codons have been independently varied (according to any user-specified randomization scheme). We provide two tools for assisting with experimental design: CodonCalculator, for assessing amino acids corresponding to given randomized codons; and AA-Calculator, for finding degenerate codons that encode user-specified sets of amino acids. We also present PEDEL-AA, which calculates amino acid statistics for libraries generated by epPCR. Input includes the parent sequence, overall mutation rate, library size, indel rates and a nucleotide mutation matrix. Output includes amino acid completeness and diversity statistics, and the number and length distribution of sequences truncated by premature termination codons. The web interfaces are available at http://guinevere.otago.ac.nz/stats.html .

Programmed −1 ribosomal frameshifting (−1 PRF) is a gene-expression mechanism used to express many viral and some cellular genes. In contrast, efficient natural utilization of −2 PRF has not been demonstrated previously in eukaryotic systems. Like all nidoviruses, members of the Arteriviridae (a family of positive-stranded RNA viruses) express their replicase polyproteins pp1a and pp1ab from two long ORFs (1a and 1b), where synthesis of pp1ab depends on −1 PRF. These polyproteins are posttranslationally cleaved into at least 13 functional nonstructural proteins. Here we report that porcine reproductive and respiratory syndrome virus (PRRSV), and apparently most other arteriviruses, use an additional PRF mechanism to access a conserved alternative ORF that overlaps the nsp2-encoding region of ORF1a in the +1 frame. We show here that this ORF is translated via −2 PRF at a conserved G_GUU_UUU sequence (underscores separate ORF1a codons) at an estimated efficiency of around 20%, yielding a transframe fusion (nsp2TF) with the N-terminal two thirds of nsp2. Expression of nsp2TF in PRRSV-infected cells was verified using specific Abs, and the site and direction of frameshifting were determined via mass spectrometric analysis of nsp2TF. Further, mutagenesis showed that the frameshift site and an unusual frameshift-stimulatory element (a conserved CCCANCUCC motif 11 nucleotides downstream) are required to direct efficient −2 PRF. Mutations preventing nsp2TF expression impair PRRSV replication and produce a small-plaque phenotype. Our findings demonstrate that −2 PRF is a functional gene-expression mechanism in eukaryotes and add another layer to the complexity of arterivirus genome expression.

The antiviral restriction factor, tetherin, blocks the release of several different families of enveloped viruses, including the Coronaviridae. Tetherin is an interferon-induced protein that forms parallel homodimers between the host cell and viral particles, linking viruses to the surface of infected cells and inhibiting their release. We demonstrated that SARS-CoV-2 infection causes tetherin downregulation, and that tetherin depletion from cells enhances SARS-CoV-2 viral titres. We investigated the potential viral proteins involved in abrogating tetherin function and found that SARS-CoV-2 ORF3a reduces tetherin localisation within biosynthetic organelles via reduced retrograde recycling and increases tetherin localisation to late endocytic organelles. By removing tetherin from the Coronavirus budding compartments, ORF3a enhances virus release. We also found expression of Spike protein caused a reduction in cellular tetherin levels. Our results confirm that tetherin acts as a host restriction factor for SARS-CoV-2 and highlight the multiple distinct mechanisms by which SARS-CoV-2 subverts tetherin function.

Abstract Background Throughout biology, multiple sequence alignments (MSAs) form the basis of much investigation into biological features and relationships. These alignments are at the heart of many bioinformatics analyses. However, sequences in MSAs are often incomplete or very divergent, which leads to poorly aligned regions or large gaps in alignments. This slows down computation and can impact conclusions without being biologically relevant. Therefore, cleaning the alignment by removing these regions can substantially improve analyses. Manual editing of MSAs is very widespread but is time-consuming and difficult to reproduce. Results We present a comprehensive, user-friendly MSA trimming tool with multiple visualisation options. Our highly customisable command line tool aims to give intervention power to the user by offering various options, and outputs graphical representations of the alignment before and after processing to give the user a clear overview of what has been removed. The main functionalities of the tool include removing regions of low coverage due to insertions, removing gaps, cropping poorly aligned sequence ends and removing sequences that are too divergent or too short. The thresholds for each function can be specified by the user and parameters can be adjusted to each individual MSA. CIAlign is designed with an emphasis on solving specific and common alignment problems and on providing transparency to the user. Conclusion CIAlign effectively removes problematic regions and sequences from MSAs and provides novel visualisation options. This tool can be used to refine alignments for further analysis and processing. The tool is aimed at anyone who wishes to automatically clean up parts of an MSA and those requiring a new, accessible way of visualising large MSAs.

ABSTRACT Identification of the full complement of genes in SARS-CoV-2 is a crucial step towards gaining a fuller understanding of its molecular biology. However, short and/or overlapping genes can be difficult to detect using conventional computational approaches, whereas high throughput experimental approaches – such as ribosome profiling – cannot distinguish translation of functional peptides from regulatory translation or translational noise. By studying regions showing enhanced conservation at synonymous sites in alignments of SARS-CoV and related viruses (subgenus Sarbecovirus ), and correlating with the conserved presence of an open reading frame and plausible translation mechanism, we identified a putative new gene, ORF3a*, overlapping ORF3a in an alternative reading frame. A recently published ribosome profiling study confirmed that ORF3a* is indeed translated during infection. ORF3a* is conserved across the subgenus Sarbecovirus , and encodes a 40–41 amino acid predicted transmembrane protein.

Abstract RNA viruses are abundant, highly diverse, and infect all or most eukaryotic organisms. However, only a tiny fraction of the number and diversity of RNA virus species have been catalogued. To cost effectively expand the diversity of known RNA virus sequences we mined publicly available transcriptomic datasets. We developed 77 family-level Hidden Markov Model profiles for the viral RNA dependent RNA polymerase – the only universal “hall-mark” gene of RNA viruses. By using these to search the NCBI Transcriptome Shotgun Assembly database, we identified 5,867 contigs encoding RNA virus RdRps or fragments thereof and analysed their diversity, taxonomic classification, phylogeny and host associations. Our study expands the known diversity of RNA viruses, and the 77 curated RdRp pHMMs provide a useful resource for the virus discovery community.

Summary RNA structural elements occur in numerous single stranded (+)-sense RNA viruses. The stemloop 2 motif (s2m) is one such element with an unusually high degree of sequence conservation, being found in the 3’ UTR in the genomes of many astroviruses, some picornaviruses and noroviruses, and a variety of coronaviruses, including SARS-CoV and SARS-CoV-2. The evolutionary conservation and its occurrence in all viral subgenomic transcripts implicates a key role of s2m in the viral infection cycle. Our findings indicate that the element, while stably folded, can nonetheless be invaded and remodelled spontaneously by antisense oligonucleotides (ASOs) that initiate pairing in exposed loops and trigger efficient sequence-specific RNA cleavage in reporter assays. ASOs also act to inhibit replication in an astrovirus replicon model system in a sequence-specific, dose-dependent manner and inhibit SARS-CoV-2 infection in cell culture. Our results thus permit us to suggest that the s2m element is a site of vulnerability readily targeted by ASOs, which show promise as anti-viral agents.