中国海洋大学在海洋病毒多样性与生态作用领域取得新进展

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文章导读

你是否想过，海洋中最微小的生命体，正悄然影响着全球气候与生态？中国海洋大学汪岷教授团队在《先进科学》发表突破性研究，揭示中国东部陆架海浮游DNA病毒的惊人多样性——6年研究构建全球首个陆架海DNA病毒基因组数据集，发现77%病毒簇为区域特有，鉴定出2万余个辅助代谢基因，涉及碳、硫、甲烷等关键元素循环。更发现病毒携带抗万古霉素等抗性基因，且与人类活动密切相关。这项研究不仅刷新了我们对海洋“隐形调控者”的认知，更揭示了病毒在生物地球化学循环中的深层角色。

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近日，中国海洋大学海洋生命学院汪岷教授团队在综合性期刊Advanced Science（《先进科学》）在线发表了题为“Diversity and Ecological Potentials of Marine Viruses Inhabiting Continental Shelf Seas”（陆架海病毒的多样性和生态潜能）的最新研究成果。该研究聚焦中国东部陆架海（the eastern continental shelf seas of China, ECSSC）浮游DNA病毒，通过覆盖ECSSC长达6年的病毒组研究，系统揭示了该海域浮游DNA病毒的多样性、时空变化及其对生物地球化学循环的潜在影响。此外，该研究建立了全球首个陆架海DNA病毒基因组数据集，是对全球海洋浮游DNA病毒组的重要补充。

中国海洋大学在海洋病毒多样性与生态作用领域取得新进展

图1. 中国东部陆架海（ECSSC）浮游DNA病毒基因组概况

病毒作为海洋生态系统中数量最庞大的生命体，在调控微生物群落演替和全球生物地球化学循环中扮演着关键角色。然而，在受人类活动影响显著的陆架海区域，病毒群落的组成、多样性及其生态潜能仍知之甚少。本研究聚焦中国东部陆架海（渤海、黄海与东海），基于2017至2022年间采集的海水宏病毒组样本，获得~3 Tb的病毒组原始数据，从中分析识别出超过31万病毒可操作分类单元（vOTUs），其中包括7,447个高质量基因组，该数据集规模相当于目前最大的海洋DNA病毒基因组数据集——全球海洋病毒组计划（GOV 2.0）的74%（图1）。

中国海洋大学在海洋病毒多样性与生态作用领域取得新进展

图2. 中国东部陆架海浮游DNA病毒分布特征和生态潜力示意图

在本研究中，研究人员发现中国东部陆架海病毒具有显著的新颖性，约77%的病毒簇为ECSSC所特有，表明该区域蕴藏着大量未被认知的新病毒类群。通过对该区域6年跨度的浮游DNA病毒组研究，揭示了该区域DNA病毒群落结构的时空变化特征：渤黄海区域的病毒多样性高于东海；夏季病毒多样性显著高于冬季；在渤黄海发现鱼类和甲壳类动物的重要病原体虹彩病毒等。本研究共鉴定到超过2万个病毒编码的辅助代谢基因（AMGs），主要富集于碳水化合物、硫代谢、光合作用与甲烷代谢等通路。其中，与多糖合成与降解相关的galE、gmd基因和硫代谢相关基因cysH、cysD丰度在ECSSC中显著高于大洋、极地、深渊等其他海域，暗示在陆架海病毒可能更多的参与这些元素循环。此外，光合作用相关的基因psbA、cpeT在中国东部陆架海区域也显著富集，进一步表明病毒可能调控自养宿主的固碳过程。共鉴定出220个抗生素抗性基因和207个毒力因子，其中抗万古霉素、多粘菌素等相关基因丰度较高，并呈现 “近岸富集、离岸递减”的分布特征，与人类活动强度显著相关。本研究为理解陆架海病毒多样性和生态功能提供了重要新数据，也为后续揭示病毒驱动的陆架海生物地球化学循环奠定了基础（图2）。

中国海洋大学为该研究成果的第一完成单位，汪岷教授、梁彦韬教授和高晨助理教授为该论文的共同通讯作者，汪岷教授团队博士研究生郭晓月为第一作者。

此外，汪岷教授团队还在Science China: Earth Sciences和中国科学：地球科学（中英文版）期刊发表了题为“Diversity, distribution and ecological potentials of Oceanospirillales-associated viruses in the global ocean”和“全球海洋中大洋螺菌目相关病毒的多样性、分布及生态潜能”的研究成果。

中国海洋大学在海洋病毒多样性与生态作用领域取得新进展

图3 全球大洋螺菌目相关病毒的地理分布特征

大洋螺菌目细菌是极地和深渊中丰度最高的海洋细菌类群之一，并且具有烷烃代谢能力，在海洋石油泄漏的生态修复中有重要作用。目前关于其病毒的认识集中于7株分离病毒，缺乏对其相关病毒的系统研究。本研究首次对全球非可培养大洋螺菌目相关病毒的基因组多样性、分布和生态潜能进行了系统研究，鉴定出3,273个与大洋螺菌目相关的非可培养病毒基因组，其中包括783个高质量的病毒基因组（图3），发现其在极地和温热带海洋表层丰度较高，并且从其基因组中鉴定到54个烷烃代谢相关的基因，暗示大洋螺菌目相关病毒可能在海洋烷烃循环中具有重要潜在作用。

中国海洋大学为该研究成果的第一完成单位，汪岷教授和梁彦韬教授为该论文的共同通讯作者，团队研究生沈克桦、张文静和郑凯阳为共同第一作者。

以上两项研究工作得到了国家自然科学基金、海洋负排放国际大科学计划（ONCE）等项目的联合支持。

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