摘要
核质病毒门（Nucleocytoviricota），前身为核质大DNA病毒（NCLDVs），包含了一组进化相关但基因组大小、编码能力和病毒粒子形态差异巨大的病毒。这些病毒感染从原生生物到人类在内的整个真核生物谱系，被认为出现在真核生物进化的早期阶段。病毒-宿主相互作用的基本方面在不同谱系中如何演化，以及它们是否共享一个保守的感染周期，目前尚不清楚。在这篇综述中，作者综合了该门主要目内模式代表株感染周期的信息，揭示了共享特征和谱系特异性创新。作者比较了已深入研究的痘病毒、非洲猪瘟病毒、虹彩病毒和绿藻病毒的信息，与关于拟菌病毒、潘多拉病毒、马赛病毒和阔口罐病毒的快速扩展文献中的见解。作者概述了核质病毒门感染周期关键阶段的分子细节：通过膜融合进入、通过相分离组织的病毒工厂形成、基因组复制、通过新月形中间体进行的病毒粒子形态发生以及释放。作者强调了该领域的未解问题，统一了传统上分离的研究领域中的概念，并提供了一个概念框架以指导未来对大型双链DNA病毒的细胞生物学研究。
- Abergel, C., Abrahao, J. S., Coulibaly, F., Fischer, M., Jeudy, S., Knorr, R. L., Krupovic, M., Legendre, M., Pérez-Nunez, D., Nwokolo, C., Queiroz, V., Schmitt, A., Van Etten, J. L., Willemsen, A., & Bisio, H. (2026). Infection cycles of viruses of the phylum Nucleocytoviricota. Nature Reviews Microbiology. https://doi.org/10.1038/s41579-026-01319-6
- 期刊：Nature Reviews Microbiology （IF=103.3）
- 发表时间：2026年5月29日（在线发表）
引言
核质病毒门代表了目前已知最多样化、环境分布最广且生态学意义最为重要的病毒类群之一，其特征是拥有大型双链DNA（dsDNA）基因组。该门的成员感染涵盖整个真核生物多样性的宿主，从原生生物到动物，包括人类。或许最著名的人类感染代表是天花病毒（痘病毒科），它是天花的病原体，这种毁灭性疾病困扰了人类数千年，直到20世纪70年代末被根除。核质病毒在各种淡水和海洋生态系统中尤为丰富，它们通过控制宿主种群动态和死亡率，从而影响全球生物地球化学循环，发挥着关键的生态作用。例如，颗石藻病毒在终止可从太空观测到的海洋藻类大规模水华中起着关键作用。
尽管一些研究估计核质病毒的起源相对较晚，但鉴于其泛真核生物的宿主范围，有人认为它们的出现早于真核生物谱系从其最后共同祖先分化出来的时期。引人注目的是，核质病毒可能并非被动的旁观者，而是真核生物进化甚至真核生物起源本身的积极参与者。事实上，真核细胞基因组复制和转录机制的一些核心组件可能具有核质病毒起源，一些作者甚至提出真核细胞核可能起源于一个被感染的细胞。
今年（2026年），核质病毒门迎来了其25周年。尽管国际病毒分类委员会（ICTV）在2020年才正式创建该门，但其构想可追溯到2001年，当时提出属于痘病毒科、非洲猪瘟病毒科、虹彩病毒科和藻类DNA病毒科的大型基因组的真核病毒共享一个共同祖先，形成了一个称为核质大DNA病毒（NCLDVs）的单系群。在该病毒群中，绿藻病毒PBCV-1（一种藻类DNA病毒）拥有最大的基因组（约330 kb）。此后不久，拟菌病毒被描述，其具有异常巨大的颗粒和基因组大小（1.2 Mb），并被加入NCLDV集合中。随后的几年成为大型dsDNA病毒发现的黄金时代，分离出许多具有前所未有特性并代表新推定科的病毒。这些包括马赛病毒、潘多拉病毒、阔口罐病毒、软病毒、图潘病毒、美杜莎病毒、雅拉病毒等等。基因组学和宏基因组学的进展极大地扩展了我们对核质病毒遗传多样性的理解。这一发展使得比较序列分析和系统基因组学研究成为可能，从而澄清了核质病毒门内的进化关系，并提出了关于其起源的假说。目前，核质病毒门包括3个纲、5个目和15个科，尽管许多类群仍未正式分类（图1）。
核质病毒门漫长的进化历史反映在其非凡的多样性上。事实上，该门内的单个病毒科被发现比两个原核域------细菌和古菌------中的任何一个都拥有更丰富的多样性和系统发育多样性。这种多样性延伸到基因组大小、拓扑结构和基因组成（框1）、病毒粒子结构和架构（框2）以及病毒-宿主相互作用模式（图1）。在此，作者概述了核质病毒门内的感染周期多样性，强调了可能从共同祖先继承的相似性以及可能反映对新宿主和环境适应的差异。
感染周期
在本综述中，作者将核质病毒的感染周期划分为五个主要阶段：病毒粒子附着与进入、早期转录、基因组复制与病毒工厂形成、病毒粒子组装与成熟以及释放。尽管在该门中观察到显著的基因组和结构多样性（图1），但此处进行的比较分析揭示了定义其感染周期的五个表型标志：一个dsDNA基因组、一个具有内部脂质双层的病毒粒子、通过膜融合进入宿主细胞、通过相分离驱动的病毒工厂形成，以及通过由开放式膜片组成的新月形中间体启动病毒粒子形态发生（图2）。这些定义性特征将作为本综述后续章节的反复参考点。
病毒粒子附着与进入
感染周期始于病毒粒子识别并附着于宿主细胞表面。这一过程由各种专用结构介导，例如暴露在病毒粒子表面并促进粘附到特定受体或细胞成分的纤丝或特殊蛋白。病毒粒子附着和进入策略极其多样，似乎是为了应对宿主特异性屏障而演化出来的，反映了对不同细胞受体和膜环境的适应（图2）。值得注意的是，通过内部病毒膜与细胞膜之间的保守融合过程将基因组递送到宿主细胞质中，代表了该门的一个关键共享特征，为粒子感染性和细胞内递送提供了机制蓝图（图2）。
宿主识别与附着。核质病毒演化出了多样化且通常是科特异性的宿主识别装置。拟菌病毒是研究最深入的大型dsDNA病毒群之一，拥有一层密集的纤丝层，介导与宿主表面的附着。这些纤丝由广泛糖基化的蛋白质组成，形成外层糖萼。不同的拟菌病毒科成员显示出视觉上和组成上多样化的糖萼，表明了对特定宿主相互作用的适应。糖萼层还增加了病毒粒子的有效直径，被认为促进了病毒颗粒的吞噬作用。潘多拉病毒缺乏纤丝层，但其微米长的卵形病毒粒子足够大，足以触发其阿米巴宿主的吞噬作用。软病毒（约500 nm）是潘多拉病毒最接近的亲缘病毒，体积较小，因此装饰有一个大的糖基化纤丝冠，支持了病毒粒子尺寸对进入至关重要的假说。俄耳甫斯病毒、雪松病毒和阔口罐病毒也具有推测有助于粘附的糖基化纤丝层，因为即使没有纤丝，它们的颗粒也足够大以触发吞噬作用。相比之下，非洲猪瘟病毒（ASFV；非洲猪瘟病毒属）缺乏纤丝层，并通过受体介导的相互作用与宿主细胞结合。结合是可饱和的，尽管尚未确定明确的受体。痘病毒通过大量表达的糖胺聚糖和层粘连蛋白附着于细胞。在痘病毒科的原型疫苗病毒（VACV）中，至少有四种蛋白质介导与软骨素（D8）、硫酸乙酰肝素（A27、H3）和层粘连蛋白（A26）的结合。推测附着之后是受体介导的进入，尽管尚未确定特定的受体。绿藻病毒的附着始于位于二十面体衣壳单个顶点上的特殊装置------病毒刺突（框2），并通过病毒相关纤维进行额外稳定。类似地，马赛病毒利用短的衣壳相关纤维进行粘附，可能结合特定的宿主受体。
奈亚病毒（Pimascovirales目）的附着似乎由一个灵活的尾部结构促进，该结构是病毒外囊膜的延伸。
粒子内化。附着到细胞后，病毒粒子内化可以通过多种内吞和吞噬途径发生，或者根据病毒和宿主类型，病毒基因组可以直接通过质膜递送到细胞质中。然而，核质病毒门成员的一个主要共享特征是存在一个内部膜，该膜与靶宿主膜融合，将基因组内容释放到细胞质中。事实上，首先在痘病毒中表征的进入融合复合体（EFC）似乎由大多数科编码，除了Algavirales目、'Pandoravirales'目和Yaraviridae科的成员（图1）。尽管尚不清楚后几组病毒如何实现膜融合，但它们很可能使用替代的融合蛋白。事实上，已知进化相关的病毒使用不同的膜融合蛋白，例如杆状病毒。
在痘病毒中，进入模式取决于病毒粒子的感染形式（图2）。成熟病毒粒子（MVs）要么通过巨胞饮作用内化，然后在酸化后释放，要么通过病毒膜与质膜直接融合。囊膜病毒粒子（EVs）具有额外的外部脂质双层，首先通过巨胞饮作用内化，然后在酸化时失去其外部膜。随后，部分脱壳的颗粒可以与内体膜融合（利用剩余的脂质双层）将基因组递送到细胞质中。EFC负责膜融合，位于感染性颗粒的顶端。十一种核心蛋白（A16、A21、A28、G3、G9、H2、J5、L5、O3、L1和F9），连同融合抑制剂（例如A56/K2），构成了EFC。这些蛋白质中的每一种对于有效融合都是不可或缺的。其中三种蛋白（L1、A16和G9）是豆蔻酰化的，这种共价修饰在病毒进入中起重要作用。
拟菌病毒科、正雪松病毒亚科、俄耳甫斯病毒科、正阔口罐病毒亚科和奈亚病毒的颗粒通过吞噬作用内化，并从内体区室释放。吞噬体成熟过程中的pH变化或渗透压触发一个称为星门（stargate）的特殊结构打开，从而导致某些病毒蛋白释放到细胞质中。雪松病毒和阔口罐病毒采用类似于星门过程的顶端软木塞移除机制，但确切的触发因素尚不清楚。ASFV采用多种内吞途径，包括网格蛋白介导的内吞作用、巨胞饮作用、吞噬作用和凋亡拟态（在其他地方综述）（图2）。马赛病毒也利用多种进入途径（图2）。单个颗粒通过依赖于内体酸化的途径内化，而大的病毒粒子聚集体（也可能被包裹在囊泡内或不包裹）达到足够大的尺寸，以利用大型dsDNA病毒使用的吞噬进入途径。囊膜虹彩病毒通过网格蛋白介导的内吞作用或巨胞饮作用以pH依赖的方式进入宿主细胞，而非囊膜虹彩病毒则通过质膜递送基因组（图2）。无论进入途径如何，在衣壳打开后，通过病毒膜和宿主膜之间的融合（图2），利用专门的EFC，将颗粒内容物递送到宿主细胞中。在ASFV中，膜融合也依赖于囊泡酸化和胆固醇含量，跨膜蛋白TMEM239参与早期内吞运输。这种依赖性是否在核质病毒中广泛存在目前尚不清楚。
缺乏EFC的病毒------即绿藻病毒、雅拉病毒和潘多拉病毒------通过膜融合采用拓扑结构相似的进入方式（图2），但膜融合机制本身可能不同。雅拉病毒是Mriyaviricetes纲的唯一培养代表，在核质病毒门成员中具有最小的基因组和病毒粒子大小，据报道通过内吞作用进入宿主。'Pandoravirales'目的成员通过吞噬作用进入宿主，并在双耳瓶形病毒粒子的一个顶端呈现一个由栓塞关闭的孔口状结构；栓塞在吞噬体内被排出。绿藻病毒使用病毒编码的酶消化系统来突破宿主细胞壁。此外，病毒膜和宿主膜的融合与快速的宿主膜去极化和钾离子外流相关。病毒编码和宿主编码的离子通道都可能参与此过程。
基因组释放。宿主膜和病毒粒子膜融合后，基因组被释放到细胞质中，在那里它通常受到一个称为"核心"的蛋白质外壳的保护（绿藻病毒是此范式的例外）。除了痘病毒外，大多数核质病毒的核心壁组成知之甚少。此外，鉴于痘病毒的核心蛋白在该门中保守性较差，在感染早期阶段病毒基因组的递送和保护对于大多数核质病毒来说仍然是一个主要的知识空白。
在拟菌病毒科中，内部病毒粒子膜与吞噬体膜的融合将核心释放到细胞质中，核心在那里保持完整（图2）。在痘病毒、马赛病毒和ASFV中观察到类似的过程，并推测雪松病毒、俄耳甫斯病毒、阔口罐病毒和奈亚病毒也存在此过程，尽管尚未观察到明确的核心结构。在痘病毒中，核心被皮层和两个侧体包围，侧体含有病毒复制初始阶段必需的蛋白质。事实上，侧体在进入后不久解离，以产生有利于感染的细胞环境。相比之下，西伯利亚软病毒的基因组以浓缩形式（可能在一个核心内）从液泡运输到细胞核。一旦进入细胞核，快速解聚发生。这种观察是否在'Pandoravirales'中保守仍有待解决。
相比之下，对于绿藻病毒，病毒膜和宿主膜的融合产生一个非常狭窄的隧道，以至于病毒基因组以线性方式进入宿主细胞质。一旦进入宿主内部，该DNA经历快速再凝聚，这一过程可能有助于基因组进入宿主细胞核，但目前知之甚少。DNA注入宿主的过程得益于衣壳内由于病毒基因组凝聚（约50 atm）和病毒粒子内部渗透压增加而建立的压力。
早期转录
核质病毒感染周期的比较揭示了病毒特异性的适应，突出了感染机制的多样性及其核质性质。转录的初始阶段显示出对宿主机制、病毒编码的转录组件和核相互作用的依赖程度各不相同（图3）。引人注目的是，从严格的细胞质感染周期转变为包含核阶段的周期，似乎在核质病毒的进化过程中独立发生了多次。至少两次（一次在Algavirales和'Pandoravirales'的共同祖先中，一次在Pimascovirales目内）导致了核阶段整合到病毒裂解周期中（图1）。无论如何，源自属于核质病毒门不同科的病毒（例如来自Imitervirales目的punuivirus）的巨型内源性病毒元件（GEVEs）的广泛分布可能表明，细胞质到细胞核的转变在核质病毒中比目前认为的更常见。
拟菌病毒编码其自身的DNA依赖性RNA聚合酶（框3和补充表1）以及用于病毒转录和mRNA加工的完整机制，这些都被包装在病毒粒子核心内（图1）。这使得早期转录能够在病毒核心释放到宿主细胞质后立即在其中发生。类似地，阔口罐病毒、痘病毒和ASFV在其病毒粒子内携带完整的转录装置，促进了完全细胞质的复制周期。事实上，ASFV颗粒的可溶性提取物完全具备体外转录能力。重要的是，痘病毒的核心壁是半透性的，允许核糖核苷酸扩散和新转录的mRNAs输出，但不允许蛋白质释放。痘病毒mRNAs被病毒机制加帽和聚腺苷酸化，并聚集在宿主细胞质内富含多核糖体的亚域中，以优先翻译（图3）。早期基因编码脱壳、转录因子和基因组复制机制所需的蛋白质。这些蛋白质对于启动和驱动感染周期的中间阶段是必需的。总体而言，这种策略最大限度地减少了对核因子的依赖，允许在不破坏细胞核的情况下进行早期转录，同时保护病毒基因组DNA免受细胞检测，从而触发先天免疫反应。
相比之下，推定的姐妹进化枝'Pandoravirales'和Algavirales的成员具有核感染周期（图3），表明它们的共同祖先已经在细胞核中复制。绿藻病毒不编码可识别的DNA依赖性RNA聚合酶（框3和补充表1），并且依赖于宿主细胞的转录机制。它们的基因组，可能连同相关蛋白质，很可能被主动运输到宿主细胞核中，在那里早期转录由宿主RNA聚合酶II进行。潘多拉病毒也依赖于宿主RNA聚合酶II进行早期转录。然而，与绿藻病毒不同，潘多拉病毒编码一个DNA依赖性RNA聚合酶，该聚合酶在感染后期表达，并接管病毒基因的转录。这种从宿主到病毒转录机制的转换，伴随着病毒工厂从核周区域到细胞质的重新定位。马赛病毒采用混合策略：早期转录依赖于宿主RNA聚合酶II，发生在细胞核中，而后期转录则由病毒编码的RNA聚合酶在细胞质病毒工厂中进行。这种策略可能代表了从核周期到完全细胞质周期的进化过渡。虹彩病毒也采用混合策略，早期转录发生在细胞核中，而DNA复制和后期转录发生在细胞质中。
基因组复制与病毒工厂形成
在成功进入细胞并启动早期基因表达后，感染周期的核心转向病毒基因组的大规模复制以及为这一高效过程提供支持的专用细胞器------病毒工厂的形成。这一阶段是病毒资源攫取和后代生产的中心环节。
病毒工厂的形成 病毒工厂是核质病毒在感染细胞内建立的、用于浓缩病毒组分并进行基因组复制与病毒粒子组装的特殊区室。越来越多的证据表明，许多核质病毒的病毒工厂是通过液-液相分离这一生物物理过程形成的生物分子凝聚体。病毒蛋白中广泛存在的内在无序区域或多价相互作用域，使得它们能够作为"支架"分子，驱动液相分离，从而将病毒复制与组装所需的核酸、蛋白质及宿主因子特异性富集在一个无膜但边界清晰的区室内。
病毒工厂通常具有动态的液态性质，能够融合、分裂，并展现出特定的内部组织结构。例如，拟菌病毒的病毒工厂呈现双层结构：内层富集病毒DNA、RNA聚合酶及转录机器，负责病毒基因的转录；外层则是病毒DNA复制和病毒粒子形态发生的场所。这种分区化确保了感染周期不同阶段的高效与有序进行。痘病毒和非洲猪瘟病毒的病毒工厂则常被内质网膜和波形蛋白纤维网所包裹，这种膜结构可能为病毒膜的来源提供便利，同时物理性隔离病毒复制场所，有助于逃逸宿主细胞的固有免疫识别。
病毒工厂在细胞内的定位并非随机。对于复制完全在细胞质中进行的病毒（如痘病毒、拟菌病毒），其病毒工厂通常在核周区域形成，这可能利于劫持来自细胞核的宿主资源。而具有核质混合复制策略的病毒（如虹彩病毒），其病毒工厂可能与核膜存在物理连接，方便基因组的核质运输。
** 基因组复制** 核质病毒门成员几乎都编码自身的DNA依赖的DNA聚合酶，用于基因组的复制。复制策略与基因组拓扑结构（线性或环状）及复制场所密切相关。
对于在细胞质病毒工厂内进行复制的病毒，如痘病毒，其基因组复制机制研究最为深入。痘病毒基因组是线性DNA，末端具有共价闭合的发夹结构。主流的"自我引发"复制模型认为，复制始于基因组末端的发夹展开，随后以一条链为模板进行连续复制，形成头对尾串联的多聚体基因组。病毒编码的霍利迪连接体解离酶随后将这些中间体切割成带有发夹末端的单位长度基因组。然而，也有证据支持存在双向复制起点，表明其机制可能更为复杂。
具有环状基因组的病毒，如马赛病毒和阔口罐病毒，其复制可能采用类似θ模式或滚环模式。而对于那些在宿主细胞核内启动DNA复制的病毒，如绿藻病毒和潘多拉病毒，它们可能更大程度上利用或改造宿主的核内复制机制。例如，绿藻病毒感染后，宿主核DNA会迅速降解，其核苷酸前体被用于病毒基因组的快速合成，病毒DNA数量在感染后数小时内即可远超宿主基因组。
值得注意的是，病毒工厂不仅是复制的物理场所，其相分离属性可能通过浓缩底物（如dNTPs）、招募复制机器（如病毒DNA聚合酶、解旋酶、引发酶等）以及排除抑制性宿主因子，来极大地提高复制效率。此外，一些病毒（如虹彩病毒）的基因组复制分两步进行：在细胞核内合成单位长度基因组，随后在细胞质病毒工厂中进行第二轮复制，产生高度甲基化的基因组串联体，用于子代病毒的包装。
病毒粒子组装与成熟
病毒粒子组装始于新月形中间体的形成，新月形是由病毒膜和衣壳蛋白组成的开放末端膜片。这一过程是核质病毒门的一个标志性特征，在痘病毒、ASFV、拟菌病毒和潘多拉病毒中均有观察到。
在痘病毒中，新月形由来自ER的病毒膜和病毒蛋白D13（一种支架蛋白）组装而成。新月形扩展并弯曲形成球形未成熟病毒粒子（IV），然后包裹病毒DNA和核心蛋白。成熟涉及蛋白水解加工和D13的脱落，产生具有典型砖形形态的感染性成熟病毒粒子（MV）。ASFV的组装类似，新月形由病毒蛋白p17和pE248R形成，后者是主要的衣壳蛋白。拟菌病毒组装也通过新月形中间体进行，该中间体由病毒膜和主要衣壳蛋白（MCP）组成。潘多拉病毒组装涉及一个从病毒工厂膜出芽的初始囊泡，然后伸长并填充DNA。
衣壳组装和基因组包装是协调的过程。在痘病毒中，基因组通过位于新月形顶点的一个门户被泵入IV中。在拟菌病毒中，DNA通过一个类似于噬菌体的门户结构被包装。潘多拉病毒似乎使用一种独特的机制，其中DNA在膜内陷的同时被压缩。
成熟涉及蛋白水解加工、二硫键形成和附加结构的组装，如纤丝（在拟菌病毒中）或外部囊膜（在痘病毒EVs中）。成熟病毒粒子然后准备通过裂解、出芽或胞吐作用释放。
释放
释放是感染周期的最后阶段，可以通过多种机制发生，具体取决于病毒和宿主细胞类型。
细胞裂解：许多核质病毒，如拟菌病毒、绿藻病毒和痘病毒MVs，通过裂解宿主细胞释放，这通常涉及病毒编码的裂解酶或破坏细胞膜完整性的蛋白质。例如，拟菌病毒编码几丁质酶和肽聚糖水解酶，可能有助于从阿米巴宿主中释放。绿藻病毒使用病毒编码的溶菌酶降解宿主细胞壁。
出芽：一些病毒，如ASFV和囊膜虹彩病毒，通过从质膜或内部膜出芽获得外部囊膜，从而以囊膜形式释放。出芽可能涉及病毒蛋白与细胞出芽机制的相互作用。
胞吐作用：痘病毒EVs通过微绒毛样突起或通过高尔基体介导的运输以囊泡形式从细胞中释放。潘多拉病毒似乎通过类似于胞吐作用的过程释放，其中病毒粒子被包裹在囊泡中并与质膜融合。
释放机制的选择可能影响病毒传播、宿主范围和免疫逃避。例如，通过出芽释放可能允许病毒逃避由裂解细胞释放的病原体相关分子模式（PAMPs）触发的免疫检测。
结论
核质病毒门代表了病毒学中一个迷人且多样化的领域，其感染周期展示了从共同祖先继承的保守机制和为适应广泛宿主而演化出的显著创新。该综述强调了五个关键表型标志，这些标志定义了该门的感染周期：dsDNA基因组、具有内部脂质双层的病毒粒子、通过膜融合进入、通过相分离形成病毒工厂以及通过新月形中间体启动形态发生。
尽管存在这些共享特征，但宿主识别、进入途径、转录策略和释放机制的多样性反映了核质病毒在感染从原生生物到动物的各种真核生物过程中面临的进化压力。从完全细胞质周期到混合或核周期的转变，以及从二十面体到卵形或砖形衣壳的形态多样性，进一步说明了该门的适应性辐射。
未来研究的关键领域包括：阐明缺乏特征性EFC的病毒（如潘多拉病毒和绿藻病毒）的膜融合机制；了解病毒工厂组装的分子细节及其与细胞器的相互作用；揭示新月形形成和基因组包装的机制；以及探索病毒释放策略如何影响传播和发病机制。
随着宏基因组学和低温电子显微镜等新技术的出现，我们有望发现更多样化的核质病毒，并更深入地了解其生物学特性。这些知识不仅将阐明病毒进化，还将揭示病毒与宿主之间复杂的相互作用，这些相互作用塑造了真核生物的进化和生态系统动态。
补充材料
框1：核质病毒门的基因组组织
核质病毒门的双链DNA基因组呈现两种不同的拓扑结构。大多数成员拥有线性染色体，末端具有反向重复序列，其长度从几百碱基对到潘多拉病毒科的数万碱基对不等。这些DNA分子具有共价闭合的发夹末端。相比之下，一些核质病毒门的基因组是环状的，著名的例子包括阔口罐病毒及Ocovirineae亚目的所有其他成员，以及马赛病毒科和囊泡病毒科的成员。这种结构差异暗示了不同的DNA复制机制。然而，核心的基因组复制蛋白在该门内是保守的。
值得注意的是，所有核质病毒门的基因在其基因组上均呈非均匀分布，无论其基因组架构如何。早期的比较基因组学研究表明，痘病毒科的核心基因主要位于其线性基因组的中心区域，而基因获得（和丢失）事件更多发生在基因组末端。在拟菌病毒科中也观察到类似的模式。在潘多拉病毒科中，核心基因和附属基因也分隔在不同的基因组区域，这与必需基因和非必需基因的定位相关。这种二分分布不仅常见于线性核质病毒基因组，也见于环状基因组中。在马赛病毒科中，核心基因集中在明确的簇中，与附属基因和重复基因分隔开。
核质病毒门共享的这种核心基因与附属基因的分离，凸显了基因组进化中的一个共同约束，并具有功能意义。事实上，最近获得的基因，无论是通过水平转移、重复或从头创造，通常参与病毒-宿主相互作用。它们与那些蛋白质产物存在于病毒粒子内部（特别是那些参与病毒粒子形态发生的基因）的基因是分开的。最后，核质病毒门基因组的这种组织也与其表达相关。例如，在拟菌病毒科中，随着感染周期的推进，基因表达从线性基因组的末端向中心进行。
框2：核质病毒门的病毒粒子结构
绿藻病毒PBCV-1的粒子结构已在近原子分辨率上解析，因此将以其作为二十面体形病毒粒子的示例。衣壳蛋白包括五邻体蛋白、双果冻卷主要衣壳蛋白（核心基因）和"卷尺"蛋白。病毒粒子是一个三角剖分数为169d的二十面体颗粒。双果冻卷主要衣壳蛋白是衣壳中最丰富的蛋白，与其他具有二十面体病毒粒子的核质病毒门成员一样。DJ R-MCP形成具有伪六边形形状的三聚体壳粒，这是二十面体衣壳的主要结构单元。该蛋白可能从一类不同的细胞糖活性酶演化而来。三聚体壳粒组装成20个三对称元和12个五对称元。第12个五重顶点由一个刺突结构占据。一个名为"卷尺"的大蛋白调节病毒粒子平坦面的大小。未展示额外的"拉链"和"胶合"蛋白。
一些不具有二十面体病毒粒子形状的核质病毒门成员，如痘病毒、阔口罐病毒、软病毒和潘多拉病毒，要么丢失了DJ R-MCP，要么用它作为其衣壳的主要成分。潘多拉病毒丢失了DJ R-MCP的直系同源物，并可能用细菌糖苷水解酶的同源物替代了它。软病毒是二十面体病毒和潘多拉病毒之间一个假定的进化中间体，它编码一种DJ R-MCP，该蛋白对于新月形结构的成熟至关重要，并且尽管不是衣壳的主要成分，该蛋白仍保留在衣壳中。痘病毒中DJ R-MCP的直系同源物在病毒粒子组装中间体的形成中起着必要的支架作用，但在未成熟粒子产生成熟感染性病毒粒子时被 shed。对阔口罐病毒DJ R-MCP的作用知之甚少，仅在衣壳中检测到痕量的该蛋白。这种变异性可能反映了衣壳形态的独立进化适应。图中显示了病毒膜、核心和皮层。
框3：近乎通用的核心基因
尽管一些核质病毒门成员携带数千个基因，但其中只有少数几个在整个门内是保守的。然而，这些基因编码了参与基因组复制、表达和病毒粒子形态发生核心过程的一些关键蛋白。
复制
在痘病毒和非洲猪瘟病毒中，B家族DNA聚合酶参与DNA复制和重组。DNA聚合酶和校对活性对于复制都是必需的。痘病毒全酶包括催化亚基和异二聚体进程因子。D5解旋酶-引发酶是痘病毒复制机器的另一个重要组成部分。它包含一个多聚化基序、一个引发酶结构域和一个解旋酶结构域。复制体的另一个核心成分是2型拓扑异构酶，与真核拓扑异构酶II相关。非洲猪瘟病毒拓扑异构酶的敲低会抑制病毒基因组复制。绿藻病毒拓扑异构酶活性已在体外确认，切割DNA的速度比人类酶快30-50倍。
转录
核质病毒门的DNA依赖的RNA聚合酶复合物在系统发育上与真核RNA聚合酶II相关。痘病毒RNA聚合酶包含八个亚基，与非洲猪瘟病毒vRNAP共享同源物。在潘多拉病毒中，RNA聚合酶定位于细胞核，与其核复制周期相匹配。Rap94（TFIIB转录因子）与痘病毒vRNAP相互作用，可能参与转录起始。在非洲猪瘟病毒中，C315R也与vRNAP相互作用，其下调会破坏DNA复制和子代病毒的产生。vRNAP需要其他因子来启动转录，包括转录因子。晚期基因的转录依赖于病毒晚期转录因子3，这是一种含有锌指结构域的蛋白。
形态发生
双果冻卷主要衣壳蛋白和包装ATP酶是大多数核质病毒门成员中保守的核心基因，甚至在该门之外的噬菌体和古菌的塔状二十面体病毒中也有发现。包装ATP酶显示出与FtsK/HerA超家族DNA易位酶的同源性，表明它可能作为一种由ATP水解驱动的六聚体马达，通过中央孔易位双链DNA。该蛋白已被证明在拟菌病毒和痘病毒中是必需的，但其在DNA包装中的作用迄今为止仅在痘病毒中得到证实。绿藻病毒的ATP酶可能被蛋白酶激活。Ocovirineae亚目的成员缺乏编码该蛋白的基因，它们包装基因组的机制仍然未知。
通过混合序列和结构聚类鉴定了已分类和已分离病毒中核心及核心相关基因的存在。连接线表示直接相互作用。除了海病毒，仅使用了培养病毒的基因组。生物体和蛋白质列表见补充表1。
框4：简论生物凝聚体
膜结合细胞器长期以来一直被认为是细胞内区室化的唯一责任者，但更近期的研究表明，凝聚物也在细胞内部组织形成。由生物大分子（如蛋白质和核酸）的局部、液体状浓缩形成，包括病毒工厂在内的凝聚物由于其缺乏边界膜，常被称为"无膜细胞器"。为了研究凝聚物的功能、行为和力学性质，可以直接在细胞中观察这些区室，也可以使用纯化的蛋白质在精心控制的条件下进行重建和观察。
通常，凝聚物是动态结构，具有特征性的球状形态，这是由凝聚物内聚力和界面张力共同作用的结果。在许多情况下，凝聚物的流动性随年龄增长而降低，并可能导致形成固体、纤维状结构。
凝聚物通过各种机制形成，包括关键支架分子的液-液相分离，这一过程由内在无序区域以及结构化蛋白质结构域的弱、多价相互作用介导。这些相互作用是序列编码的，因此被称为"分子语法"。由于凝聚物内部和外部仅由扩散梯度（即，没有类似于膜结合细胞器的物理屏障）分隔，分子可以跨越该梯度进行分配。分配特异性地将一些分子（称为"客户"）集中在凝聚物内部，并排除其他分子，因此具有在空间和时间上控制基本细胞和病毒相关过程活性的潜力。分配相互依赖于支架或凝聚物和客户特异性以及非特异性特性，包括结合结构域、静电和阳离子-π相互作用、分子大小以及通过磷酸化和泛素化等蛋白质修饰。
重要的是，最近的研究表明，细胞凝聚物并非完全"无膜"。凝聚物固有的表面张力与凝聚物-基底粘附力之间的平衡产生了一种称为毛细作用的物理现象，代表了一类先前未描述的细胞内力产生机制。尽管毛细力已在从雨滴到沙堡等多种非生命系统中得到广泛研究，但近期数据表明，液体凝聚物可以对各种细胞结构（包括膜和丝状结构）做功，这反过来又导致凝聚物形状偏离球体。本文讨论的多个例子共同表明，病毒凝聚物与膜和丝状结构的相互作用，以及对某些细胞固有成分的排斥，是核质病毒门感染周期几个阶段的标志。这种可用数据的多样性表明，凝聚物和毛细作用的视角可能有助于对病毒的组织和生理学有一个整体的理解。该图展示了病毒或病毒粒子工厂作为生物分子凝聚物的所有已确认和潜在功能。