空间结构驱动寄生物进化为宿主防御系统|北京沫之东生物技术有限公司

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摘要

原核生物和真核生物的宿主防御系统似乎常常源自它们如今所抵御的寄生物，但这一转变的进化路径仍鲜为人知。基于温和型噬菌体和逆转录病毒等整合型病毒的生物学特性，我们提出了一个多层次生态—进化框架，将宿主体内的病毒复制视为围绕一种有成本、可共享的复制产物展开的公共物品博弈。我们预测，在混合均匀的宿主种群中，最终会收敛至单一的病毒策略，即中等程度的复制投入。然而，当我们通过将宿主繁殖和病毒传播限制在局部事件中来引入空间结构后，病毒种群会分化为两个谱系：一个是水平传播、寄生于宿主的谱系；另一个是垂直传播、寄生于水平传播病毒的超寄生谱系。后者即“超寄生物”，是一种病毒作弊者，它会抑制寄生病毒的复制和传播，从而充当宿主的防御系统。局部相互作用使这种抑制带来的益处集中于携带相关前病毒的邻近宿主之中，因此，作为宿主层面的防御机制，前病毒作弊者能够受到选择。我们的研究结果表明，在具有空间结构的宿主种群中，寄生物种群内部的进化作弊能够推动寄生物演化为防御系统。

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摘要

原核生物和真核生物的宿主防御系统通常似乎源自它们如今所抵御的寄生生物，然而，这种转变的演化路径仍缺乏深入认识。基于整合型病毒（如温和型噬菌体和逆转录病毒）的生物学特征，我们构建了一个多层次生态—演化框架，将宿主内的病毒复制视为围绕一种具有成本且由多个个体共享的复制产物所展开的公共物品博弈。在混合均匀的宿主种群中，我们预测病毒最终会趋向于单一的、具有中等复制投入的病毒策略。然而，当通过将宿主繁殖和病毒传播限制在局部事件内而引入空间结构时，病毒种群会分化为两个谱系：一个寄生于宿主的水平传播谱系，以及一个垂直传播的超寄生谱系，后者寄生于水平传播的病毒。后者这一“超寄生物”是一种病毒作弊者，能够抑制寄生性病毒的复制与传播，从而充当宿主的防御系统。局部相互作用使这种抑制所带来的益处集中于携带亲缘相关前病毒的邻近宿主之中，从而使选择作用于作为宿主层面防御机制的前病毒作弊者。我们的研究结果表明，在具有空间结构的宿主种群中，寄生生物种群内部的演化性作弊能够推动寄生生物演化为防御系统。

利益冲突声明

作者声明不存在任何利益冲突。

脚注

https://github.com/sultannazir/proviral_defense_system

版权

永久预印本。

根据 CC-BY-NC 4.0 国际许可协议公开提供。

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发布于 2026 年 10 月 16 日。

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空间结构推动寄生虫演化为宿主防御系统

Sultan Ahmed Nazir，

Ben Ashby，

Asher Leeks，

Bram van Dijk

bioRxiv

2026.10.14.759074；

doi：

https://doi.org/10.64898/2026.10.14.759074

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空间结构推动寄生虫演化为宿主防御系统

Sultan Ahmed Nazir，

Ben Ashby，

Asher Leeks，

Bram van Dijk

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2026.10.14.759074；

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https://doi.org/10.64898/2026.10.14.759074

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关键词：寄生物进化 · 宿主防御系统 · 超寄生物 · 空间结构 · 公共物品博弈

原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.10.14.759074v1?rss=1

来源出处

空间结构驱动寄生物进化为宿主防御系统 https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.10.14.759074v1?rss=1