陆剑课题组与合作者研究成果入选第七届“优秀科技论文遴选计划”

近日，由中国科协组织开展的第七届“优秀科技论文遴选计划”结果揭晓。北京大学生命科学学院、蛋白质与植物基因研究国家重点实验室成员陆剑课题组与合作者共同完成的“On the origin and continuing evolution of SARS-CoV-2”成功入选第七届“优秀科技论文遴选计划”。

陆剑团队在疫情暴发早期就密切关注疫情进展，与中国科学院巴斯德研究所崔杰等合作者通过对当时公共数据库中仅有的103条新冠病毒基因组序列进行分子进化分析，发现参考基因组8782（orf1ab：U8517C，同义突变）和28144（ORF8：C251U，S84L）两个位点显示出显著的连锁。根据这两个高度连锁的位点，将SARS-CoV-2病毒分为L和S两个主要谱系（图1A）。以动物中发现的冠状病毒为外群，推测S谱系是祖先型，L由S谱系进化而来（图1B）。研究结果于2020年3月在National Science Review发表后，引起了广泛关注，被F1000推荐，该论文迄今被下载70万余次（编辑部提供数据），获《国家科学评论》2021年度优秀论文奖。S/L谱系划分也陆续被国内外其他独立研究印证，为新冠病毒基因组的谱系划分和演化分析提供了重要支撑。S/L划分系统被广泛应用于流行病学研究，被中国疾控中心等多家机构广泛用于疫情早期输入型病例的分子溯源，也被《中国—世界卫生组织新冠病毒溯源联合研究》中英文报告所采用。

图1 新冠病毒的单倍型分析及进化关系

在S/L谱系划分基础上，陆剑团队与中科院昆明动物所吕雪梅和张亚平等课题组合作,进一步构建新冠病毒分层次谱系划分系统，揭示新冠病毒进化轨迹。研究团队分析了121,618个高质量的病毒基因组中的单核苷酸变异（SNV），根据3个主导性SNV将L谱系划分为L1和L2两个主要亚谱系，再根据位点的突变频率和连锁性筛选出201个代表性SNV，进一步逐级划分出130个亚谱系，绘制成了反映各个谱系之间亲缘关系的单倍型网络图，并建立了实时更新的配套网站（www.covid19evolution.net）方便查看亚谱系信息，此外用户还可自由上传新冠病毒基因组序列进行谱系鉴定。该研究囊括了目前出现的绝大多数新冠基因组变异并整理了它们的谱系关系，阐明其中各个谱系时空分布的规律，搭建出新冠病毒演化的大体框架，为理解病原体变异规律和预测病毒的演化方向提供参考。该工作于2021年在Science Bulletin发表后，获该期刊年度“十大下载论文奖”（“Science Bulletin 2021 Top 10 Downloaded Paper Award”）。

为了探索S和L两个不同谱系病毒感染者的临床表现是否存在差异，陆剑团队与武汉大学刘天罡等团队合作，在新冠疫情期间从武汉5家新冠肺炎定点医院随机收集了271例武汉地区早期患者的核酸样本。研究结果发现，在271例患者中，73例感染S谱系SARS-CoV-2，占比26.9%；198例感染L谱系SARS-CoV-2，占比73.1%。本研究发现S谱系病毒感染者中危重症比例显著高于L谱系病毒感染者，而且这种致病性上的差异不受患者年龄、性别、基础病等因素影响。该研究发表在National Science Review（Huet al. 2021），此工作表明S/L分型具有一定的临床意义，也为揭示病毒在致病性方面的进化规律提供新线索。

为了进一步揭示新冠病毒流行株背后的进化推动力，陆剑团队与中山大学吴仲义团队合作，从群体遗传学的角度论证了新冠病毒传播中的奠基者效应（Ruan et al. 2021,National Science Review, 2021）；并开展群体遗传模拟和大数据分析。模型分析表明，随着新冠疫情的不断扩散，病毒群体大小会随着感染人数的增加而变大，群体大小的扩大则会提高适应性变异出现和固定的概率，而加速的适应性进化速率反过来会加快病毒的扩散进而导致病毒群体的进一步增大，如此便会形成群体大小和进化速率之间的正反馈循环，导致高度进化变异株的快速涌现，最终导致病毒的失控演化。他们的研究表明，随着新冠病毒感染人数的不断增加，新冠病毒于2020年年底开始进入加速进化的阶段，导致高度进化的病毒株的快速涌现（Ruanet al., 2022,Molecular Biology and Evolution）。

此外，陆剑团队与合作者围绕新冠病毒的起源和进化规律开展了一系列工作，与吕雪梅研究组合作，通过理论模拟，澄清了蝙蝠和穿山甲的病毒序列作为人类新冠病毒进化分析外群的可靠性方面的争议（Li et al. 2020,Science China Life Sciences）。与张亚平|彭旻晟团队合作，鉴定了穿山甲新冠相关病毒MP20，揭示了穿山甲中新冠相关病毒的遗传多样性（Peng et al. 2021,Zoological Research）；与医学科学院病原生物研究所钱朝晖团队合作，撰写综述总结新冠病毒基因组分子演化动态和规律（Qian et al., 2022,Medical Review）。

第七届“优秀科技论文遴选计划”遴选与评审由中国科协组织开展。该项活动旨在鼓励科技工作者将更多高水平研究成果在国内期刊发表，从源头推动我国科技期刊高质量发展。经过各学科领域专家推荐、初评遴选、终评审定并向社会公示。

发表文章：

1. Tang X#, Wu C#, Li X#, Song Y#, Yao X, Wu X, Duan Y, Zhang H, Wang Y, Qian Z, Cui J*,Lu J*(2020) On the origin and continuing evolution of SARS-CoV-2. National Science Review 7(6): 1012–1023.

2. Li T#, Tang X#, Wu C, Yao X, Wang Y, Lu X*,Lu J*(2020)The use of SARS-CoV-2-related coronaviruses from bats and pangolins to polarize mutations in SARS-Cov-2. Science China Life Sciences.

3. Tang X#, Ying R#, Yao X#, Li G, Wu C, Tang Y, Li Z, Kuang B, Wu F, Chi C, Du X, Qin Y, Gao S, Hu S, Ma J, Liu T, Pang X, Wang J, Zhao G, Tan W*, Zhang Y*, Lu X*,Lu J*(2021) Evolutionary analysis and lineage designation of SARS-CoV-2 genomes. Science Bulletin 66(22): 2297–2311.

4. Ruan Y, Luo Z, Tang X, Li G, Wen H, He X, Lu X*, Lu J*, Wu CI* (2021) On the founder effect in COVID-19 outbreaks: how many infected travelers may have started them all? National Science Review 8(1): nwaa246.

5. Hu B#, Liu R#, Tang X#, Pan Y#, Wang M#, Tong Y#, Ye G#, Shen G#, Ying R#, Fu A, Li D, Zhao W, Peng J, Guo J, Men D, Yao X, Wang Y, Zhang H, Feng Z, Yu J, Chen L, Deng Z, Lu X, Zhang YP*, Li Y*, Liu B*, Yu L*, Li Y*,Lu J*, Liu T* (2021) The concordance between the evolutionary trend and the clinical manifestation of the two SARS-CoV-2 variants. National Science Review 8(8): nwab073.

6. Peng MS#*, Li JB#, Cai ZF#, Liu H#, Tang X#, Ying R, Zhang JN, Tao JJ, Yin TT, Zhang T, Hu JY, Wu RN, Zhou ZY, Zhang ZG, Yu L, Yao YG, Shi ZL, Lu XM,Lu J*, Zhang YP* (2021) The high diversity of SARS-CoV-2-related coronaviruses in pangolins alerts potential ecological risks. Zoological Research 42(6): 833–843.

7. Ruan Y#, Hou M#, Tang X#, He X, Lu X,Lu J*, Wu CI*, Wen H*(2022) The runaway evolution of SARS-CoV-2 leading to the highly evolved Delta strain. Molecular Biology and Evolution 39(3): msac046.

8. Qian Z*, Li P, Tang X,Lu J*(2022) Evolutionary dynamics of the severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 genomes. Medical Review 2(1): 3–22.

附件：中国科协关于公布第七届优秀科技论文遴选计划入选论文的通知