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在深海热液喷口生态系统中，病毒对微生物群落和生物地球化学循环影响重大，但相关研究较少。为填补空白，研究人员对全球 52 个热液喷口样本开展病毒研究，发现病毒多为地方性的，受地质影响。该研究为了解深海生态提供依据，意义重大。
在神秘的深海世界里，热液喷口犹如一座座海底 “热泉小镇”，孕育着独特的生态系统。病毒作为这个生态系统中的重要一员，悄无声息地影响着微生物群落的组成和生物地球化学循环。然而，长期以来，人们对深海热液喷口病毒的生态和演化知之甚少。海洋中病毒数量庞大，每天约有 20% 的微生物生物量被其裂解杀死 ，全球范围内对海洋病毒的研究虽有进展，但大多聚焦于浅海透光层和无光层病毒，深海病毒的研究严重匮乏。在深海热液喷口，病毒能捕食化能自养微生物，影响其群落结构，还能通过辅助代谢基因（Auxiliary Metabolic Genes，AMGs） “重编程” 宿主代谢。但目前，控制热液喷口病毒生物地理学、生态学和演化的因素仍不清楚。为了解开这些谜团，美国威斯康星大学麦迪逊分校等机构的研究人员开展了一项全球范围内的研究。
研究人员从太平洋和大西洋的 7 个不同热液系统中收集了 10 个热液羽流、40 个热液沉积物和 2 个漫流样本，利用元基因组学和统计分析方法，对这些样本中的病毒进行研究。最终在《Nature Communications》上发表了研究成果，为深入理解深海热液喷口病毒生态和演化提供了重要依据。
在技术方法上，研究人员首先进行样本采集，热液羽流和沉积物样本分别来自不同航次的科考。样本采集后，进行 DNA 提取和测序，根据样本来源不同采用不同的提取和测序方法。接着，通过元基因组组装和微生物分箱获得微生物的元基因组组装基因组（Metagenome-Assembled Genomes，MAGs）。然后，利用 VIBRANT 和 vRhyme 软件进行病毒识别和分箱，确定病毒的分类、标记基因和质量。还运用多种软件进行病毒核苷酸聚类、蛋白质聚类、注释以及宿主预测等分析。
研究结果如下：
- 病毒的鉴定与分类：研究人员从样本中鉴定出 63826 个病毒支架，通过病毒基因组分箱重建了 5708 个病毒元基因组组装基因组（viral Metagenome-Assembled Genomes，vMAGs），最终得到 49962 个病毒。多数热液喷口病毒为裂解性病毒，基因组大小多在 1 - 5kb，主要属于双链 DNA 病毒类（Duplodnaviria）中的有尾噬菌体目（Caudoviricetes） 。
- 病毒的地理分布特征：热液喷口病毒在地理上呈现出明显的地方特有性。核苷酸聚类分析显示，多数病毒在核苷酸水平上相关性低，不同热液羽流和沉积物样本中的病毒群落不同。不过，也有少数病毒在地理上相隔甚远的热液喷口被发现，如劳盆地（Lau Basin）和兄弟火山（Brothers Volcano）之间就有部分病毒共享。同时，同一热液场内的病毒相关性更高，如劳盆地热液羽流中的病毒在属和种水平上有较高相关性。
- 病毒的蛋白质特征：对病毒蛋白质进行聚类分析发现，不同热液喷口共享的病毒蛋白质家族中，多数蛋白质功能未知。已知功能的蛋白质主要涉及基因组复制、病毒结构组成、感染和溶原性等过程，部分蛋白质还与嘧啶、嘌呤和核苷酸代谢相关。
- 病毒与宿主的关系：研究预测了病毒的微生物宿主，发现多数病毒宿主范围较窄。热液沉积物中的病毒宿主种类更多，羽流中病毒的宿主主要为变形菌门（Pseudomonadota）和拟杆菌门（Bacteroidota）成员，沉积物中则主要为弯曲杆菌门（Campylobacterota）和变形菌门（主要是 γ - 变形菌纲和 α - 变形菌纲）成员 。而且，病毒的生物地理学与宿主的地理分布和丰度密切相关，如感染弯曲杆菌门和 γ - 变形菌纲的病毒丰度模式反映了宿主的丰度变化。
- 病毒的辅助代谢基因：研究人员通过 DRAM - v 软件搜索发现，约 5% 的热液喷口病毒编码 AMGs，这些基因涉及硫代谢、砷代谢、氮代谢和中心碳代谢等过程，如腺苷酰硫酸还原酶（AprB）、砷酸盐还原酶（ArsC）等。
研究结论和讨论部分指出，该研究表明地方特有性对深海热液喷口病毒的生态和演化起着关键作用。多数病毒具有限制其传播的特征，如裂解性生活周期、缺乏 AMGs 和较窄的宿主范围等。同时，病毒的丰度模式反映了宿主的功能冗余，体现了热液地质学对微生物和病毒共同演化的影响。然而，该研究也存在一定局限性，如主要关注原核生物感染的病毒，对真核生物感染的病毒和 RNA 病毒研究较少；预测病毒生活方式和识别 AMGs 仍存在挑战。尽管如此，该研究为后续研究深海热液喷口病毒奠定了基础，未来还需进一步探究未知病毒蛋白质的功能、病毒生物地理模式的时间变化以及提高热液喷口采样分辨率，以更好地理解深海热液喷口生态系统，评估深海采矿和人为气候变化对其的影响，并制定相应的保护策略。
