生命科学技术学院蹇华哗研究小组揭示深渊海沟病毒多样性及分布特征
发布时间 :2021-05-11  阅读次数 :687

 近日,国际微生物生态学领域权威期刊《The ISME Journal》在线发表了上海交通大学生命科学技术学院蹇华哗副研究员带领的深海病毒研究小组(DVRT)的研究成果“Diversity and distribution of viruses inhabiting the deepest ocean on Earth”。蹇华哗副研究员、博士生弋伊及博士毕业生王佳华为论文的共同第一作者,生命科学技术学院肖湘教授为通讯作者。该研究同时得到了深部生命国际研究中心(IC-DLI)团队的支持。

深渊(hadal zone)是海洋中最深的区域(水深>6000 m),组成了海洋垂直深度上的45%。深渊带基本上都是由海沟组成,是目前地球上研究最少的环境之一。虽然早期深渊被认为是生命的禁区,但近年来的研究显示深渊具有独特的生物群落结构,以及活跃的生物地球化学过程。深渊具有高静水压、低温、黑暗、寡营养等多重极端环境条件,作为海洋环境的一部分,其与上层海洋之间有着广泛的物质和能量交流,共同构成了海洋乃至全球生态系统的有机整体。

病毒是海洋中丰度最高的生物类群,在表层海水中其丰度可达107/ml,它们对海洋生态系统中的物质能量循环和种群平衡调节发挥着不可或缺的作用。目前已有的海洋病毒研究主要集中在表层,我们对深海,特别是深渊环境中病毒的多样性、特征及潜在的生态功能都知之甚少。针对这一现状,该研究首先分析了来自于包括马里亚纳、雅浦、克马德克在内的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),通过一系列严格的viral contig的筛选和鉴定流程,构建了目前为止最大的海沟病毒基因组数据库(OTVGD),包含12710个非冗余的病毒基因组。

 

图1. 海沟病毒基因组数据库(OTVGD)的样品来源(左图)及海沟病毒蛋白之间的联系(右图)

序列分析表明海沟病毒具有极大的多样性和新颖性,其中99%以上显著区别于已知数据库中的病毒基因组,80%以上无法归到已知分类的病毒种属。宿主匹配分析推测这些病毒它们可以侵染深渊中重要的功能微生物如ThaumarchaeotaOleibacter。值得注意的是,分析提示病毒群体在不同海沟之间及海沟内部存在着显著的交流。与此同时,不同生境(海水/沉积物和深度分层海洋带)的病毒群落表现出明显的生态位依赖性分布模式和基因组特征。对马里亚纳海沟水体病毒分析表明:与上层海洋相比,深渊区的微生物和病毒可能更倾向于采取溶源性的生活方式。此外,该研究在深渊病毒基因组中发现了多种辅助代谢基因(AMG),并对一种新的病毒编码的D-氨基酸氧化酶进行了活性检测和系统发育分析,推测它们在深渊微生物对难降解有机物的利用中发挥了重要作用。

 

图2. 深渊海沟中病毒的丰度及分布特征

这些发现表明在深渊海沟中病毒存在极高的多样性和之前未被揭示的分布特征,此外,环境驱动了海沟病毒群落的多样化,而病毒可能通过调节宿主的代谢,侵染关键微生物群落,从而显著影响深渊生态系统。这项研究工作极大地拓展了我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良好的基础。

该研究得到了国家重点研发计划项目(2018YFC0309800)、国家自然科学基金创新研究群体项目(41921006)、水圈微生物重大研究计划培育项目(91851113) 等项目的资助。

全文链接:http://www.nature.com/articles/s41396-021-00994-y