近日，中国科学院海洋研究所海洋微生物生命过程及应用潜力研究组在《自然-通讯》期刊（Nature Communications）发表研究论文，揭示了深海不同冷泉和海山沉积物中病毒和宿主的多样性，阐明了病毒辅助宿主代谢复杂有机质的潜力，强调了病毒在深海碳循环和微生物群落结构中的重要性，为深入理解深海生态系统的能量流动和物质循环提供了新的视角。
海底环境极其多样，从广袤的、类似沙漠的海底泥质平原，到聚集了生命奇迹的深海“绿洲”（如冷泉、热液、海山和海沟等）。尽管这些独特的深海区域在地质特征、形成机制和物理特征上存在显著差异，但有一个关键的共同点：它们都是有机质供应增加和微生物介导生物地球化学循环的重要场所。病毒是生物圈中数量最多、遗传多样的生物实体，对微生物群落和生物地球化学循环产生了深远的影响。在海洋环境中，病毒丰度估计为1030，是仅次于原核生物的第二大生物量成分。它们的生态意义不仅限于宿主裂解，还包括水平基因转移和通过辅助代谢基因调节宿主代谢。这些辅助代谢基因可以编码关键的代谢酶，在感染期间有效地重塑细胞过程，并可能影响生物地球化学循环。深入理解深海生态系统中复杂有机物、微生物群落和病毒动态之间的错综复杂的相互作用，对于理解全球碳循环和更广泛的深部生物圈的功能至关重要。
研究团队选择了四个样品采集点，包括正在衰减的冷泉、远离正在衰减冷泉的地点、新生冷泉和海山。获取上述四个采集点的沉积物后，综合利用宏基因组学、DNA和RNA宏病毒组学、宏转录组学等多组学技术，结合纯化病毒群落的表征，对不同深海沉积物的病毒群落和功能进行了深入研究。深海沉积物的病毒提取和宏病毒组学分析显示，深海沉积物中存在着多种多样的病毒形态，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谱系。深海RNA病毒群落与DNA病毒群落相比，在宿主偏好和生活方式上表现出显著差异，尤其在新生冷泉中，RNA病毒的相对稀少和缺乏温和性噬菌体预示着不同的能量流动模式。虽然Tymoviridae等RNA病毒在深海沉积物中普遍存在，但新生冷泉特有的Xinmoviridae（感染真核生物）的富集，提示深海病毒多样性研究仍需进一步探索其真核宿主的作用。病毒基因组和宏转录组的分析表明，病毒中的功能基因在原位环境中处于较高表达水平，这也是其增强宿主代谢复杂有机物能力的有力证据。研究成果强调了不同冷泉和海山中病毒群落的多样性、生态作用和宿主相互作用，表明病毒在深海碳循环和微生物群落结构中的重要性。
中国科学院海洋研究所为论文第一完成单位，实验海洋生物学实验室王崇博士和郑日宽副研究员为共同第一作者，孙超岷研究员为通讯作者。研究得到了基金委创新群体、山东省自然科学基金重大基础研究专项等项目联合资助。
深海沉积物中病毒形态多样性
