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生命科學技術學院蹇華嘩研究小組揭示深淵海溝病毒多樣性及分布特征
發布(bu)時間(jian) : 2021-05-11  閱讀次數 : 508

 近日(ri),國際(ji)微生(sheng)(sheng)物生(sheng)(sheng)態學領(ling)域(yu)權威期刊(kan)《The ISME Journal》在線(xian)發表了上(shang)海(hai)交通大學生(sheng)(sheng)命(ming)科(ke)學技(ji)術(shu)學院(yuan)蹇華嘩(hua)副研(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)員帶領(ling)的(de)(de)深(shen)海(hai)病毒研(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)小組(DVRT)的(de)(de)研(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)成(cheng)果“Diversity and distribution of viruses inhabiting the deepest ocean on Earth”。蹇華嘩(hua)副研(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)員、博士(shi)生(sheng)(sheng)弋伊及博士(shi)畢業生(sheng)(sheng)王佳華為論(lun)文的(de)(de)共同(tong)第一作(zuo)(zuo)者,生(sheng)(sheng)命(ming)科(ke)學技(ji)術(shu)學院(yuan)肖湘教授(shou)為通訊作(zuo)(zuo)者。該研(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)同(tong)時(shi)得到了深(shen)部(bu)生(sheng)(sheng)命(ming)國際(ji)研(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)中心(IC-DLI)團隊的(de)(de)支持。

深(shen)(shen)淵(yuan)(yuan)(hadal zone)是海(hai)(hai)洋中最深(shen)(shen)的(de)區域(yu)(水(shui)深(shen)(shen)>6000 m),組成(cheng)了海(hai)(hai)洋垂直深(shen)(shen)度上(shang)(shang)的(de)45%。深(shen)(shen)淵(yuan)(yuan)帶基(ji)本(ben)上(shang)(shang)都是由海(hai)(hai)溝組成(cheng),是目(mu)前(qian)地(di)球上(shang)(shang)研究最少的(de)環(huan)境(jing)(jing)(jing)之一。雖(sui)然(ran)早期深(shen)(shen)淵(yuan)(yuan)被認為是生命(ming)的(de)禁(jin)區,但(dan)近年來的(de)研究顯示深(shen)(shen)淵(yuan)(yuan)具有獨特的(de)生物群(qun)落結構(gou),以及活躍的(de)生物地(di)球化學過程。深(shen)(shen)淵(yuan)(yuan)具有高(gao)靜水(shui)壓、低(di)溫、黑暗、寡(gua)營(ying)養等多重極端環(huan)境(jing)(jing)(jing)條件,作為海(hai)(hai)洋環(huan)境(jing)(jing)(jing)的(de)一部分,其與上(shang)(shang)層海(hai)(hai)洋之間有著廣泛的(de)物質和能量交流(liu),共同構(gou)成(cheng)了海(hai)(hai)洋乃至全球生態(tai)系(xi)統的(de)有機整體。

病毒是海洋中豐度最高的生物類群,在表層海水中其豐度可達107/ml,它們對海洋生態系統中的物質能量循環和種群平衡調節發揮著不可或缺的作用。目前已有的海洋病毒研究主要集中在表層,我們對深海,特別是深淵環境中病毒的多樣性、特征及潛在的生態功能都知之甚少。針對這一現狀,該研究首先分析了來自于包括馬里亞納、雅浦、克馬德克在內的三個海溝沉積物和水體樣品的19個宏基因組(原始數據量>1.9 Tb),通過一系列嚴格的viral contig的篩選和鑒定流程,構建了目前為止最大的海溝病毒基因組數據庫(OTVGD),包含12710個非冗余的病毒基因組。

 

圖1. 海溝(gou)病(bing)毒(du)基因組(zu)數據(ju)庫(OTVGD)的(de)樣品來(lai)源(yuan)(左圖)及(ji)海溝(gou)病(bing)毒(du)蛋白之間的(de)聯(lian)系(右圖)

序列分析表明海溝病毒具有極大的多樣性和新穎性,其中99%以上顯著區別于已知數據庫中的病毒基因組,80%以上無法歸到已知分類的病毒種屬。宿主匹配分析推測這些病毒它們可以侵染深淵中重要的功能微生物如ThaumarchaeotaOleibacter。值得注意的是,分析提示病毒群體在不同海溝之間及海溝內部存在著顯著的交流。與此同時,不同生境(海水/沉積物和深度分層海洋帶)的病毒群落表現出明顯的生態位依賴性分布模式和基因組特征。對馬里亞納海溝水體病毒分析表明: 與上層海洋相比,深淵區的微生物和病毒可能更傾向于采取溶源性的生活方式。此外,該研究在深淵病毒基因組中發現了多種輔助代謝基因(AMG),并對一種新的病毒編碼的D-氨基酸氧化酶進行了活性檢測和系統發育分析,推測它們在深淵微生物對難降解有機物的利用中發揮了重要作用。

 

圖2. 深淵(yuan)海溝中(zhong)病毒(du)的(de)豐度及(ji)分布特征

這些發現表明(ming)在深(shen)淵海溝(gou)中病(bing)毒(du)存(cun)在極(ji)高的(de)(de)(de)多樣(yang)性和之(zhi)前未被揭示的(de)(de)(de)分布特(te)征,此外,環境驅(qu)動(dong)了(le)海溝(gou)病(bing)毒(du)群落的(de)(de)(de)多樣(yang)化,而病(bing)毒(du)可能通(tong)過調節宿主的(de)(de)(de)代(dai)謝,侵染關鍵微生(sheng)物(wu)群落,從而顯著影響深(shen)淵生(sheng)態(tai)系(xi)統。這項(xiang)研究工作(zuo)極(ji)大地拓展(zhan)了(le)我們對(dui)深(shen)淵海溝(gou)中病(bing)毒(du)的(de)(de)(de)認(ren)知(zhi),為后續深(shen)入解(jie)析深(shen)海病(bing)毒(du)的(de)(de)(de)生(sheng)命(ming)特(te)征及(ji)生(sheng)態(tai)功能提供(gong)了(le)良(liang)好的(de)(de)(de)基礎。

該研究得到了國家(jia)重(zhong)點研發計劃項目(2018YFC0309800)、國家(jia)自(zi)然(ran)科學基金創新研究群體項目(41921006)、水圈微生物重(zhong)大研究計劃培育項目(91851113) 等(deng)項目的資助。

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