近日，国际微生物生态学领域权威期刊《The ISME Journal》在线发表了本室蹇华哗研究员带领的深海病毒研究组(DVRT)最新研究成果“Unexplored diversity and ecological functions of transposable phages”。上海交通大学博士生张慕杰为论文第一作者，蹇华哗研究员为通讯作者。

噬菌体（phage）作为一种侵染细菌的病毒，能够特异性识别宿主细菌，发挥着重要的生态功能。其中，转座噬菌体(transposable phage, TBP)因其独特的转座复制方式而备受关注。虽有研究陆续报道D108、B3、BcepMu等转座噬菌体的分离鉴定，但目前对全球范围内转座噬菌体的数量、分布、种类、生态功能等仍无系统性认识。

针对上述现状，本研究建立了鉴定转座噬菌体的新方法。在收集所有已分离的转座噬菌体基础上，通过蛋白序列和结构分析鉴定出6组marker蛋白，结合自主开发的大规模系统性整合位点预测流程，构建了目前为止最大的转座噬菌体基因组数据集(TBPGD)，其中包含9766个完整基因组边界和8683个完整蛋白边界的转座噬菌体基因组 。

图1  (a) 转座噬菌体生活史；(b) 转座噬菌体全球分布

研究发现，转座噬菌体分布范围极广，主要存在于水体、土壤和沉积物等各类自然环境中的14个细菌门的宿主体内，与其他有尾噬菌体相比，其跨宿主侵染能力更强。值得一提的是，本研究首次在Campylobacterota和Bacteroidota中发现转座噬菌体。按照最新病毒分类标准，可将转座噬菌体分为至少3488个种、132个属、11个亚科，表明其具有极高的物种多样性。

图2  (a) 转座噬菌体宿主在不同细菌门中的分布；(b) 不同转座噬菌体类群AMG丰度

为探究转座噬菌体的生理生态功能，本研究从含有完整基因组边界的转座噬菌体中鉴定出413个辅助代谢基因(AMGs)，发现其参与宿主的碳代谢、氮代谢、能量代谢和物质转运等过程，其中碳代谢相关的基因最多。此外，通过对来自深海沉积物的Shewanella psychrophila WP2及其整合的转座噬菌体SP2的分析表明，转座噬菌体能够影响深海细菌宿主的DNA复制转录、电子传递、群体感应、膜脂合成等重要生物过程。

图3  (a) 侵染深海细菌Shewanella psychrophila WP2的转座噬菌体SP2基因组；(b) 转录组揭示SP2对宿主菌多种基因表达的影响

本研究极大拓展了对转座噬菌体这一重要病毒类群的分布、分类和生态功能的认知，为探索转座噬菌体的起源演化提供了良好的基础。本研究得到国家自然科学基金(42176095、91851113、41921006)、上海交通大学深蓝计划( SL2021PT201)、海南省科技计划三亚崖州湾科技城自然科学基金联合项目(2021JJLH0057)等资助，同时得到肖湘教授和深部生命国际研究中心(IC-DLI)团队的帮助与支持。

全文链接：https://doi.org/10.1038/s41396-023-01414-z