韩国沿海水域DNA病毒群落动态及其环境驱动机制研究

《Scientific Data》：Dynamics of the DNA Viral Community in Korean Coastal Waters

本研究针对海岸带病毒群落多样性及其环境响应机制认识不足的问题，通过对韩国16个沿海站点开展周年调查，结合宏病毒组学与环境参数分析，揭示了以Caudoviricetes类噬菌体和核质大DNA病毒（NCLDV）为主的病毒群落结构，首次报道了Puniceispirillum phage HMO-2011等9种优势病毒物种的分布特征，为解析海岸带病毒生态功能提供了高分辨率数据集。

　　

海洋中存在着地球上最丰富的生物实体——病毒，其全球总量估计超过10³⁰个。这些微小的生命体通过裂解宿主细胞，为海洋环境提供多种营养物质，在生物地球化学循环中扮演着关键角色。研究表明，噬菌体每天可裂解约20%-40%的细菌种群，显著影响着微生物群落的结构与功能。然而，与开阔大洋相比，海岸带病毒群落的多样性及其与环境因子的关系仍知之甚少。

海岸带生态系统具有重要的生态和经济价值，但高度敏感于人类活动和气候变化压力，如富营养化、污染、海洋热浪和有害藻华等，这些因素都可能深刻改变病毒群落的结构和功能。因此，开展海岸带病毒组研究对于阐明病毒如何响应和塑造这些压力下的生态系统动态至关重要。

为解决这一科学问题，韩国海洋科学技术院的Yu Jin Kim、Seung Won Jung等研究人员在《Scientific Data》上发表了题为"Dynamics of the DNA Viral Community in Korean Coastal Waters"的研究论文。该研究于2021年对韩国16个沿海站点的49个表层水样本进行了系统调查，通过宏病毒组学分析揭示了海岸带DNA病毒群落的组成特征和环境驱动机制。

研究方法主要包括四个关键技术环节：样本采集与环境参数测量、病毒富集与DNA提取、高通量测序和生物信息学分析。研究人员使用尼斯科采水器采集60升海水样本，通过多参数水质仪现场测量温度、盐度等环境参数。病毒颗粒采用铁离子絮凝法进行高效富集，使用Viral Gene-spin试剂盒提取基因组DNA，利用Illumina HiSeq X平台进行双端测序。生物信息学分析采用metaSPAdes进行从头组装，使用CheckV评估contig质量，通过BLASTn和BLASTp比对NCBI Viral RefSeq数据库进行病毒分类注释。

病毒contig的质量评估与筛选

研究共产生265吉碱基的原始测序数据，经过质量过滤后获得4.06吉碱基的组装contig。CheckV质量评估显示病毒contig占19.3%，非病毒contig占80.7%。按照长度阈值筛选后，获得754条≥10kb的中等质量或更高质量的contig，平均长度为36,436碱基对。在这些严格阈值下，19%的contig被成功分类，81%因缺乏已知病毒序列同源性而归类为未分类病毒。

病毒群落分类组成

在≥10kb的病毒contig中，噬菌体占95%，核质大DNA病毒(NCLDV)占5%。所有噬菌体在纲水平均属于Caudoviricetes，科水平以未分类噬菌体为主(66.7%)，其次是Zobellviridae(13%)和Stanwilliamsviridae(9.6%)。物种水平上，Puniceispirillum phage HMO-2011和Pelagibacter phage HTVC019P等7种噬菌体以及Phycodnaviridae科的Micromonas pusilla virus 12T和SP1表现为优势病毒物种。

环境参数特征

采样期间水温范围为11.26-34.03°C(平均21.8±5.8°C)，平均盐度为30.34。溶解无机氮(DIN)和溶解无机磷(DIP)浓度分别为21.48±22.58μM和0.92±0.91μM。叶绿素a浓度范围为0.58-37.2μg L^-1，4-5月和11-12月月均值超过5μg L^-1。溶解有机碳(DOC)浓度为1.00-5.73mg L^-1，在叶绿素a浓度升高期间观测到较高值。

本研究首次系统揭示了韩国沿海水域DNA病毒群落的组成特征和季节动态，建立了包含754条高质量病毒contig的数据库。研究发现海岸带病毒群落以Caudoviricetes类噬菌体为主导，同时含有相当比例的NCLDV，这些病毒通过感染浮游植物和细菌宿主，在调节初级生产和微生物食物网中发挥重要作用。环境因子分析表明，病毒群落结构受到温度、盐度和营养盐等多重环境因子的综合影响，特别是在有害藻华发生期间，病毒-宿主相互作用可能对藻华消长具有重要调控作用。

该研究提供的全面数据集为理解海岸带病毒生态功能提供了重要基础，支持不同海洋环境间的比较研究。研究方法的技术验证表明，测序数据质量高(Q30≥63.04-93.58%)，分类注释可靠，三重重复实验确保了结果的可重复性。这些资源将有助于深入解析全球变化背景下海岸带病毒群落的响应机制及其生态系统效应。

研究数据已保存在NCBI Sequence Read Archive(BioProject PRJNA1218803)和Figshare平台，包括原始测序数据、组装病毒contig和环境元数据，为后续研究提供了宝贵资源。这项工作填补了海岸带病毒生态学研究的空白，为海洋病毒资源开发利用和生态系统管理提供了科学依据。