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近日，上海交通大學(xué)微生物代謝國家重點實驗室蹇華嘩副研究員所在的深海病毒研究小組在國際微生物生態(tài)學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊《The ISME Journal》發(fā)表了題為“Diversity and distribution of viruses inhabiting the deepest ocean on Earth”的研究論文。蹇華嘩副研究員、博士生弋伊及博士畢業(yè)生王佳華為共同第一作者，肖湘教授為通訊作者。

深淵（hadal zone）作為海洋中最深的區(qū)域（水深＞6000 m），其垂直深度占海洋全深度的45%，基本由海溝組成，是目前地球上研究最少的環(huán)境之一。在早期，深淵被認(rèn)為是生命的禁區(qū)，但近年來的研究顯示，在其高靜水壓、低溫、黑暗、寡營養(yǎng)等多重極端環(huán)境條件下，存在著獨特的生物群落結(jié)構(gòu)和活躍的生物地球化學(xué)過程。作為海洋環(huán)境的一部分，深淵與上層海洋之間有著廣泛的物質(zhì)和能量交流，是海洋乃至全球生態(tài)系統(tǒng)這一有機整體的重要組成。

病毒作為海洋中豐度最高的生物類群，在海洋生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)能量循環(huán)和種群平衡調(diào)節(jié)過程中發(fā)揮著不可或缺的作用。目前海洋病毒研究主要集中在上層海洋，對深海、特別是深淵環(huán)境中病毒的多樣性、特征及潛在的生態(tài)功能知之甚少。針對這一現(xiàn)狀，該小組首先對來自馬里亞納、雅浦、克馬德克等三個海溝沉積物和水體樣品的19個宏基因組（原始數(shù)據(jù)量>1.9 Tb）進行分析，通過一系列嚴(yán)格的病毒重疊群（viral contig）篩選和鑒定流程，構(gòu)建了目前為止最大的海溝病毒基因組數(shù)據(jù)庫（OTVGD），其中包含12710個非冗余的病毒基因組。

圖1 海溝病毒基因組數(shù)據(jù)庫（OTVGD）的樣品來源及海溝病毒蛋白之間的聯(lián)系

   序列分析表明海溝病毒具有極高的多樣性和新穎性，其中99%以上顯著區(qū)別于已知的病毒基因組，80%以上無法歸到已知分類的病毒種屬。通過宿主匹配分析，推測這些病毒可以通過調(diào)節(jié)宿主代謝，侵染深淵中重要的功能微生物（如奇古菌Thaumarchaeota和油桿菌Oleibacter），從而顯著影響深淵生態(tài)系統(tǒng)。此外，該研究發(fā)現(xiàn)病毒群體除在不同海溝之間及海溝內(nèi)部存在顯著交流外，在不同海水/沉積物和深度分層海洋帶也表現(xiàn)出明顯生態(tài)位依賴性的分布模式和基因組特征。對馬里亞納海溝水體病毒分析，推測與上層海洋相比，深淵微生物和病毒可能更傾向于采取溶源性的生活方式。

值得注意的是，該小組在深淵病毒基因組中發(fā)現(xiàn)了多種輔助代謝基因（AMG），并對其中一種AMG編碼的新型D-氨基酸氧化酶進行活性檢測和系統(tǒng)發(fā)育分析，推測它們在深淵微生物利用難降解有機物過程中發(fā)揮著重要作用。此次研究工作極大地拓展了人們對深淵海溝中病毒的認(rèn)知，為后續(xù)深入解析深海病毒的生命特征及生態(tài)功能提供了堅實基礎(chǔ)。

圖2. 深淵海溝中病毒的豐度及分布特征

    該研究得到深部生命國際研究中心（IC-DLI）團隊的支持，并獲得國家重點研發(fā)計劃(2018YFC0309800)、國家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體(41921006)、水圈微生物重大研究計劃培育(91851113)等項目資助。



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