Недавно группа по исследованию глубоководных вирусов (DVRT) под руководством исследователя Цзянь Хуавоу из Школы естественных наук и технологий Шанхайского университета Цзяотун опубликовала исследовательскую работу под названием «Систематический анализ морских лизогенов и провирусов» в авторитетном международном журнале Nature Communications. Систематический анализ морских лизогенов и провирусов». Доктор И И был первым автором статьи, профессор Цзянь Хуаву был автором-корреспондентом, а профессор Сяо Сян оказал важную поддержку исследованию. Исследование также было поддержано командой Международного центра исследований глубоководной жизни (IC-DLI).
Вирусы являются наиболее распространенными живыми организмами на Земле, и более 90% вирусов мира находятся в океанах и играют важные экологические функции. В отличие от мощных вирусов, которые имеют только цикл лизиса, мягкие вирусы обычно интегрируют свой генетический материал в геном хозяина (такие хозяева называются лизогенными микроорганизмами) и имеют как лизогенный, так и лизогенный жизненные циклы. Предыдущие исследования морских вирусов отдавали предпочтение вирулентным вирусам, и меньше внимания уделялось мягким вирусам. В последние годы многочисленные линии доказательств предполагают, что мягкие вирусы и лизогенные явления распространены в морской среде. Однако эти доказательства получены в результате анализа небольших размеров выборки, а систематическая оценка разнообразия и закономерностей распространения морских мягких вирусов по-прежнему отсутствует, что значительно ограничивает наши общие знания о морских вирусах. В этой работе исследователи создали набор данных по геному морских прокариотических микроорганизмов (MPGD) и набор данных по геному морских вирусов средней тяжести (MTVGD), которые содержат 12 080 геномов морских прокариотических микроорганизмов и 12 918 геномов средних вирусов соответственно и охватывают основные океанические регионы мира (Тихий океан, Атлантический океан, Индийский океан и т. д.), продольные глубины (0-11094 м) и два основных типа водной толщи/отложений (рисунок 1).
На основе этих двух наборов данных исследователи обнаружили, что лизогенные микроорганизмы широко распространены в мировых океанах с общим охватом 40,4%. Лизогения широко распространена во многих морских микробных таксонах, при этом бактерии имеют значительно более высокие показатели лизогении, чем археи. Лизогенное покрытие увеличивалось с увеличением глубины воды в водной среде и могло достигать 52,8% в глубоководных (глубина больше или равна 1000 м) водах; тогда как оно было в основном стабильным в морской осадочной среде, сохраняясь в пределах 46.1-48.7%. Систематический анализ показал, что дифференциация между морскими лизогенными и нелизогенными микроорганизмами обширна и значительна, и что они имеют существенно разные геномные и жизненные черты: лизогенные микроорганизмы, как правило, демонстрируют больший размер генома, меньшую плотность кодирования белка, более высокое содержание GC и более высокие потенциальные скорости роста.
Рисунок 1. Обзор структуры набора данных морского прокариотического генома (MPGD) и набора данных умеренного вирусного генома (MTVGD), а также распределение морских лизогенных микроорганизмов.
Исследователи идентифицировали потенциально важные таксоны вирусов tween (tVC) в океанах через сеть взаимодействия вирусов tween-хозяин, включая 369 tVC со способностью заражения между родами, что обеспечивает важную поддержку данных для изоляции и идентификации вирусов tween в будущем (рисунок 2). Кроме того, исследователи выявили потенциальное влияние tVC на эволюцию генома, метаболическое ремоделирование и экологические функции морских микроорганизмов посредством идентификации вспомогательных метаболических генов, анализа сайта интеграции и расчета приспособленности вируса к хозяину. Чтобы лучше понять функции вирусов морской мучнистой росы, исследователи также продемонстрировали, что вирусы морской мучнистой росы активны и могут существенно влиять на экспрессию генов, связанных с ассимиляционной сульфатредукцией, системой секреции типа III, подвижностью и т. д., используя репрезентативную систему вирусов глубоководных морских глубин-хозяин посредством нокдауна генов, обнаружения частоты среза, секвенирования транскриптома и других экспериментов.
Рисунок 2. Распространение вирусов морской плесени и сети взаимодействий с прокариотическими микробными хозяевами.
Эта работа предоставляет важный базовый набор данных для изучения морских вирусов, вносит значительный вклад в наши общие знания о морских лизогенных микроорганизмах и слабых вирусах, раскрывает потенциальные экологические функции слабых вирусов в морских биогеохимических циклах и заполняет слабые звенья в системе знаний о морских вирусах.
Это исследование было поддержано Национальным фондом естественных наук Китая (42176095, 41921006), Национальной программой ключевых исследований и разработок Китая (2021YFF0501302), программой Deep Blue Шанхайского университета Цзяотун (SL2021PT201) и Фондом естественных наук Научно-технологического города залива Санья Ячжоу, совместным проектом Научно-технической программы провинции Хайнань (2021JJLH0057).
