近日，中國科學(xué)院海洋研究所海洋微生物生命過程及應(yīng)用潛力研究組在《自然-通訊》期刊（Nature Communications）發(fā)表研究論文，揭示了深海不同冷泉和海山沉積物中病毒和宿主的多樣性，闡明了病毒輔助宿主代謝復(fù)雜有機質(zhì)的潛力，強調(diào)了病毒在深海碳循環(huán)和微生物群落結(jié)構(gòu)中的重要性，為深入理解深海生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)提供了新的視角。
海底環(huán)境極其多樣，從廣袤的、類似沙漠的海底泥質(zhì)平原，到聚集了生命奇跡的深?！熬G洲”（如冷泉、熱液、海山和海溝等）。盡管這些獨特的深海區(qū)域在地質(zhì)特征、形成機制和物理特征上存在顯著差異，但有一個關(guān)鍵的共同點：它們都是有機質(zhì)供應(yīng)增加和微生物介導(dǎo)生物地球化學(xué)循環(huán)的重要場所。病毒是生物圈中數(shù)量最多、遺傳多樣的生物實體，對微生物群落和生物地球化學(xué)循環(huán)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。在海洋環(huán)境中，病毒豐度估計為1030，是僅次于原核生物的第二大生物量成分。它們的生態(tài)意義不僅限于宿主裂解，還包括水平基因轉(zhuǎn)移和通過輔助代謝基因調(diào)節(jié)宿主代謝。這些輔助代謝基因可以編碼關(guān)鍵的代謝酶，在感染期間有效地重塑細(xì)胞過程，并可能影響生物地球化學(xué)循環(huán)。深入理解深海生態(tài)系統(tǒng)中復(fù)雜有機物、微生物群落和病毒動態(tài)之間的錯綜復(fù)雜的相互作用，對于理解全球碳循環(huán)和更廣泛的深部生物圈的功能至關(guān)重要。
研究團隊選擇了四個樣品采集點，包括正在衰減的冷泉、遠(yuǎn)離正在衰減冷泉的地點、新生冷泉和海山。獲取上述四個采集點的沉積物后，綜合利用宏基因組學(xué)、DNA和RNA宏病毒組學(xué)、宏轉(zhuǎn)錄組學(xué)等多組學(xué)技術(shù)，結(jié)合純化病毒群落的表征，對不同深海沉積物的病毒群落和功能進行了深入研究。深海沉積物的病毒提取和宏病毒組學(xué)分析顯示，深海沉積物中存在著多種多樣的病毒形態(tài)，包括大量DNA和RNA病毒，且有很大一部分是先前未被描述的病毒譜系。深海RNA病毒群落與DNA病毒群落相比，在宿主偏好和生活方式上表現(xiàn)出顯著差異，尤其在新生冷泉中，RNA病毒的相對稀少和缺乏溫和性噬菌體預(yù)示著不同的能量流動模式。雖然Tymoviridae等RNA病毒在深海沉積物中普遍存在，但新生冷泉特有的Xinmoviridae（感染真核生物）的富集，提示深海病毒多樣性研究仍需進一步探索其真核宿主的作用。病毒基因組和宏轉(zhuǎn)錄組的分析表明，病毒中的功能基因在原位環(huán)境中處于較高表達(dá)水平，這也是其增強宿主代謝復(fù)雜有機物能力的有力證據(jù)。研究成果強調(diào)了不同冷泉和海山中病毒群落的多樣性、生態(tài)作用和宿主相互作用，表明病毒在深海碳循環(huán)和微生物群落結(jié)構(gòu)中的重要性。
中國科學(xué)院海洋研究所為論文第一完成單位，實驗海洋生物學(xué)實驗室王崇博士和鄭日寬副研究員為共同第一作者，孫超岷研究員為通訊作者。研究得到了基金委創(chuàng)新群體、山東省自然科學(xué)基金重大基礎(chǔ)研究專項等項目聯(lián)合資助。
深海沉積物中病毒形態(tài)多樣性
