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科研进展 | 微生物代谢国家重点实验室蹇华哗团队揭示深渊海沟病毒多样性及分布特征

主要完成人: 发表日期:2021-05-28 点击数:313

近日,上海交通大学微生物代谢国家重点实验室蹇华哗副研究员所在的深海病毒研究小组在国际微生物生态学领域权威期刊《The ISME Journal》发表了题为“Diversity and distribution of viruses inhabiting the deepest ocean on Earth”的研究论文。蹇华哗副研究员、博士生弋伊及博士毕业生王佳华为共同第一作者,肖湘教授为通讯作者。

深渊(hadal zone)作为海洋中最深的区域(水深>6000 m),其垂直深度占海洋全深度的45%,基本由海沟组成,是目前地球上研究最少的环境之一。在早期,深渊被认为是生命的禁区,但近年来的研究显示,在其高静水压、低温、黑暗、寡营养等多重极端环境条件下,存在着独特的生物群落结构和活跃的生物地球化学过程。作为海洋环境的一部分,深渊与上层海洋之间有着广泛的物质和能量交流,是海洋乃至全球生态系统这一有机整体的重要组成。

 

病毒作为海洋中丰度最高的生物类群,在海洋生态系统的物质能量循环和种群平衡调节过程中发挥着不可或缺的作用。目前海洋病毒研究主要集中在上层海洋,对深海、特别是深渊环境中病毒的多样性、特征及潜在的生态功能知之甚少。针对这一现状,该小组首先对来自马里亚纳、雅浦、克马德克等三个海沟沉积物和水体样品的19个宏基因组(原始数据量>1.9 Tb)进行分析,通过一系列严格的病毒重叠群(viral contig)筛选和鉴定流程,构建了目前为止最大的海沟病毒基因组数据库(OTVGD),其中包含12710个非冗余的病毒基因组。



1. 海沟病毒基因组数据库(OTVGD)的样品来源及海沟病毒蛋白之间的联系

序列分析表明海沟病毒具有极高的多样性和新颖性,其中99%以上显著区别于已知的病毒基因组,80%以上无法归到已知分类的病毒种属。通过宿主匹配分析,推测这些病毒可以通过调节宿主代谢,侵染深渊中重要的功能微生物(如奇古菌Thaumarchaeota和油杆菌Oleibacter),从而显著影响深渊生态系统。此外,该研究发现病毒群体除在不同海沟之间及海沟内部存在显著交流外,在不同海水/沉积物和深度分层海洋带也表现出明显生态位依赖性的分布模式和基因组特征。对马里亚纳海沟水体病毒分析,推测与上层海洋相比,深渊微生物和病毒可能更倾向于采取溶源性的生活方式。 

 

值得注意的是,该小组在深渊病毒基因组中发现了多种辅助代谢基因(AMG),并对其中一种AMG编码的新型D-氨基酸氧化酶进行活性检测和系统发育分析,推测它们在深渊微生物利用难降解有机物过程中发挥着重要作用。此次研究工作极大地拓展了人们对深渊海沟中病毒的认知,为后续深入解析深海病毒的生命特征及生态功能提供了坚实基础。


2. 深渊海沟中病毒的丰度及分布特征

该研究得到深部生命国际研究中心(IC-DLI)团队的支持,并获得国家重点研发计划(2018YFC0309800)、国家自然科学基金创新研究群体(41921006)、水圈微生物重大研究计划培育(91851113)等项目资助。