中國科學(xué)家建立首個(gè)地下水病毒目錄，揭開地下水中未知的病毒世界

病毒，這些微小的生物實(shí)體，在我們的地球生態(tài)系統(tǒng)中扮演著至關(guān)重要的角色。它們不僅在宿主進(jìn)化、微生物代謝和生態(tài)過程中發(fā)揮著重要作用，而且它們的數(shù)量之多，令人驚嘆。據(jù)估計(jì)，地球上的病毒數(shù)量高達(dá)\(10^{31}\)個(gè)，遠(yuǎn)超其他所有生物的總和。然而，盡管病毒無處不在，我們對它們在地下水這一特殊生態(tài)系統(tǒng)中的存在和作用卻知之甚少。

地下水，作為地球上最大的淡水資源，其環(huán)境條件與地表環(huán)境截然不同。在這種缺氧或厭氧的環(huán)境中，CPR細(xì)菌和DPANN古細(xì)菌成為了兩個(gè)關(guān)鍵的類群。它們通常具有超小的細(xì)胞大小和極低的基因組等保守特征，缺乏完整的生物合成途徑，因此通常作為其他自由生活的原核生物的共生體生活。這種共生關(guān)系為地下水生態(tài)系統(tǒng)提供了一種獨(dú)特的生存策略。

然而，這些共生體也面臨著病毒的威脅。研究中發(fā)現(xiàn)，CPR細(xì)菌和DPANN古細(xì)菌對有毒力的病毒易感，某些完整的CPR病毒甚至可能感染非CPR細(xì)菌。此外，部分CPR/DPANN病毒攜帶細(xì)胞表面修飾基因，幫助共生體細(xì)胞粘附于自由生活的微生物。這些發(fā)現(xiàn)為我們理解地下水中的病毒-宿主關(guān)系提供了新的視角。

更重要的是，地下水中的病毒攜帶著與甲烷、氮、硫、磷循環(huán)相關(guān)的輔助代謝基因(AMGs)。這些基因的多樣性暗示了地下水病毒在宿主代謝和生物地球化學(xué)循環(huán)中的重要作用。這意味著病毒不僅參與了地下水生態(tài)系統(tǒng)的生物地球化學(xué)循環(huán)，而且可能在其中發(fā)揮著關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用。

這項(xiàng)研究的另一個(gè)重要發(fā)現(xiàn)是，地下水中的病毒顯示出與以前已知的病毒不同的巨大新穎性。通過將病毒與原核生物門的宿主聯(lián)系起來，研究將地下水中已知被病毒感染的微生物門的數(shù)量增加了一倍。這一發(fā)現(xiàn)不僅擴(kuò)展了我們對地下水病毒多樣性的認(rèn)識，而且為進(jìn)一步探索病毒-宿主相互作用提供了新的線索。

盡管這項(xiàng)研究為我們提供了地下水病毒世界的一瞥，但仍有許多未知之處等待我們?nèi)ヌ剿鳌＠?，地下水中病毒輔助代謝基因(AMGs)的信息有限，可能阻礙了對病毒對地下生物地球化學(xué)過程影響的認(rèn)識。此外，頻繁的水平基因轉(zhuǎn)移和廣泛的宿主范圍也意味著迫切需要對參與地下水碳、氮、硫、磷代謝的病毒輔助代謝基因進(jìn)行新的探索。

隨著新一代測序技術(shù)的發(fā)展，越來越多的病毒序列被從元組學(xué)數(shù)據(jù)中鑒定出來，進(jìn)一步加深了對不同棲息地病毒的認(rèn)識。這些技術(shù)的應(yīng)用為我們提供了新的工具，以深入探索地下水病毒的多樣性和功能潛力。我們期待未來的研究能夠繼續(xù)揭示地下水病毒的奧秘，為我們理解這一特殊生態(tài)系統(tǒng)提供更多的啟示。

病毒，這些地球上的微小居民，雖然在尺寸上微不足道，但在生態(tài)系統(tǒng)中的作用卻不可小覷。地下水中的病毒世界，只是冰山一角，還有更多的未知等待我們?nèi)ヌ剿骱桶l(fā)現(xiàn)。隨著科技的進(jìn)步和研究的深入，我們有理由相信，對地下水病毒的了解將不斷增加，為我們提供更多關(guān)于地球生態(tài)系統(tǒng)的寶貴知識。

參考文獻(xiàn)：Wu, Z., Liu, T., Chen, Q. et al. Unveiling the unknown viral world in groundwater. Nat. Commun. 15, 6788 (2024).