蓝藻噬菌体YongM定向进化揭示其毒力增强的遗传与代谢机制

《Algal Research》：Directed evolution of cyanophage YongM reveals genetic and metabolic basis of enhanced virulence

本研究发现，通过紫外线（UV）诱变和噬斑筛选对蓝藻噬菌体YongM进行20轮定向进化，获得突变株YongM-T20，其病毒滴度较野生型提高10倍。基因组重测序显示尾部相关基因（ORF56、ORF60、ORF80）突变增强了宿主吸附和穿透能力，功能实验证实其结合能力和复制动力学显著提升。代谢组学分析表明，突变噬菌体通过重编程宿主能量和碳利用代谢通路，加速宿主细胞裂解。该研究为开发高效蓝藻噬菌体生物防治剂提供了新策略。

　　

Section snippets

Strains and culture conditions

蓝藻菌株Nostoc sp. FACHB-596购自中国科学院水生生物研究所淡水藻种库。野生型蓝藻噬菌体YongM分离自云南昆明滇池水样，保藏于中国普通微生物菌种保藏中心（CGMCC），保藏号为CGMCC No. 18383。

Nostoc sp. FACHB-596在标准光照条件下于BG-11液体培养基中培养。

Tenfold enhancement of YongM infectivity and genomic mutation analysis

紫外线（UV）诱变作为经典噬菌体遗传改良策略，在研究病毒-宿主互作机制和优化噬菌体功能方面具有重要应用价值。本研究建立了针对蓝藻噬菌体YongM的多轮迭代诱变系统。通过对噬菌体裂解液进行精准剂量控制的UV-C照射处理，随后采用双层琼脂平板法分离噬菌斑，并经连续20轮筛选，成功获得感染性显著提升的突变株YongM-T₂₀。全基因组重测序分析发现，突变主要累积于尾部相关基因（如ORF56、ORF60和ORF80），这些基因协同增强了宿主吸附和入侵效率。

Conclusions

针对新型蓝藻噬菌体YongM的研究仍处于早期阶段。本研究系统深入地阐释了紫外线诱导突变株YongM-T₂₀感染性增强的机制。尾部基因关键突变通过多种策略（包括增强受体结合域亲和力、ATP水解驱动的纤维伸展、改进宿主识别效率等）协同提升了宿主吸附和入侵能力。