近日，中國科學院海洋研究所海洋微生物生命過程及應用潛力研究組在《自然-通訊》期刊（Nature Communications）發表研究論文，揭示了深海不同冷泉和海山沉積物中病毒和宿主的多樣性，闡明了病毒輔助宿主代謝復雜有機質的潛力，強調了病毒在深海碳循環和微生物群落結構中的重要性，為深入理解深海生態系統的能量流動和物質循環提供了新的視角。
海底環境極其多樣，從廣袤的、類似沙漠的海底泥質平原，到聚集了生命奇跡的深海“綠洲”（如冷泉、熱液、海山和海溝等）。盡管這些獨特的深海區域在地質特征、形成機制和物理特征上存在顯著差異，但有一個關鍵的共同點：它們都是有機質供應增加和微生物介導生物地球化學循環的重要場所。病毒是生物圈中數量最多、遺傳多樣的生物實體，對微生物群落和生物地球化學循環產生了深遠的影響。在海洋環境中，病毒豐度估計為1030，是僅次于原核生物的第二大生物量成分。它們的生態意義不僅限于宿主裂解，還包括水平基因轉移和通過輔助代謝基因調節宿主代謝。這些輔助代謝基因可以編碼關鍵的代謝酶，在感染期間有效地重塑細胞過程，并可能影響生物地球化學循環。深入理解深海生態系統中復雜有機物、微生物群落和病毒動態之間的錯綜復雜的相互作用，對于理解全球碳循環和更廣泛的深部生物圈的功能至關重要。
研究團隊選擇了四個樣品采集點，包括正在衰減的冷泉、遠離正在衰減冷泉的地點、新生冷泉和海山。獲取上述四個采集點的沉積物后，綜合利用宏基因組學、DNA和RNA宏病毒組學、宏轉錄組學等多組學技術，結合純化病毒群落的表征，對不同深海沉積物的病毒群落和功能進行了深入研究。深海沉積物的病毒提取和宏病毒組學分析顯示，深海沉積物中存在著多種多樣的病毒形態，包括大量DNA和RNA病毒，且有很大一部分是先前未被描述的病毒譜系。深海RNA病毒群落與DNA病毒群落相比，在宿主偏好和生活方式上表現出顯著差異，尤其在新生冷泉中，RNA病毒的相對稀少和缺乏溫和性噬菌體預示著不同的能量流動模式。雖然Tymoviridae等RNA病毒在深海沉積物中普遍存在，但新生冷泉特有的Xinmoviridae（感染真核生物）的富集，提示深海病毒多樣性研究仍需進一步探索其真核宿主的作用。病毒基因組和宏轉錄組的分析表明，病毒中的功能基因在原位環境中處于較高表達水平，這也是其增強宿主代謝復雜有機物能力的有力證據。研究成果強調了不同冷泉和海山中病毒群落的多樣性、生態作用和宿主相互作用，表明病毒在深海碳循環和微生物群落結構中的重要性。
中國科學院海洋研究所為論文第一完成單位，實驗海洋生物學實驗室王崇博士和鄭日寬副研究員為共同第一作者，孫超岷研究員為通訊作者。研究得到了基金委創新群體、山東省自然科學基金重大基礎研究專項等項目聯合資助。
深海沉積物中病毒形態多樣性
