泥炭藓核心病毒组的发现：揭示植物微生物组中稳定病毒群落对碳循环的潜在影响

为解决植物微生物组中病毒群落研究的空白，研究人员通过宏基因组和宏转录组分析，在泥炭藓(Sphagnum)中鉴定出共享病毒序列，包括噬菌体(Caudoviricetes)、核质大DNA病毒(NCLDV)和RNA病毒(Riboviria)。研究发现这些病毒可能通过溶原性感染或严格胞内复制策略持续存在于核心微生物组中，为理解病毒如何调控关键物种的微生物生态和共生进化提供了新视角。该成果发表于《Environmental Microbiome》，对预测气候变化下泥炭地碳储存稳定性具有重要意义。

　　

在全球气候变化背景下，泥炭地作为陆地最大碳库之一的地位正受到威胁。这些生态系统每年封存约三分之一的陆地碳，其中泥炭藓(Sphagnum)作为关键物种，通过创造酸性缺氧环境抑制有机物分解，成为碳储存的"工程师"。然而，长期以来人们对泥炭藓相关微生物组的研究主要集中在细菌和真核微生物，对病毒这一重要组分的认知几乎空白。病毒通过裂解宿主、基因水平转移等方式深刻影响微生物群落结构和功能，但植物"核心病毒组"的概念尚未建立，这限制了我们全面理解泥炭地碳循环的微生物调控机制。

美国田纳西大学等机构的研究团队在《Environmental Microbiome》发表重要成果，通过对泥炭藓样本进行为期10个月的宏基因组和宏转录组分析，首次揭示了可能存在于泥炭藓核心微生物组中的病毒群落。研究发现这些稳定存在的病毒序列涉及噬菌体、核质大DNA病毒和RNA病毒等多个类群，它们可能通过溶原性感染或严格胞内复制策略持续存在于微生物组中。该研究不仅拓展了对植物-微生物-病毒互作的认识，也为预测气候变化下泥炭地碳储存稳定性提供了新的理论基础。

研究人员采用多组学联用技术开展研究：从美国明尼苏达州Spruce和Peatland Responses Under Changing Environments(SPRUCE)站点采集8株泥炭藓活体样本；通过CLC Genomics Workbench去除宿主序列后，使用MEGAHIT分别组装宏基因组和宏转录组contigs；利用geNomad和CheckV鉴定病毒序列并评估完整性；通过CoverM进行读段映射分析病毒分布；采用vConTACT2和FastANI进行病毒分类；构建基于RNA依赖的RNA聚合酶(RdRp)和多基因座标记的系统发育树分析病毒进化关系；使用MetaBAT2分箱获得核质大DNA病毒(NCLDV)的宏基因组组装基因组(MAGs)。

微生物群落结构与核心类群
微生物群落分析显示，原核群落以变形菌门(Proteobacteria)和酸杆菌门(Acidobacteria)为主，其中醋酸杆菌科(Acetobacteraceae)和酸杆菌科(Acidobacteriaceae)是核心微生物组的优势成员。真核群落则主要由绿藻(Chlorophyta)和硅藻(Bacillariophyta)构成。值得注意的是，研究人员鉴定出171个在所有样本中均存在的核心功能基因，其中160个显示转录活性，表明这些微生物功能在泥炭藓生态系统中具有基础性作用。

病毒contigs的分类学多样性
从宏基因组和宏转录组中分别鉴定出506条DNA病毒和1,477条RNA病毒序列。DNA病毒以有尾噬菌体(Caudoviricetes)为主，占96.2%；RNA病毒则主要属于正链RNA病毒门(Pisuviricota)、线形病毒门(Lenarviricota)和黄色病毒门(Kitrinoviricota)。质量评估显示，仅4%的DNA病毒和30%的RNA病毒达到高质量基因组标准，反映出从复杂环境样本中恢复完整病毒基因组的挑战性。

共享病毒contigs的鉴定
尽管病毒群落整体呈现高度异质性，研究人员发现5条DNA病毒和9条RNA病毒contigs存在于所有样本中。这些共享contigs仅占总数的<1%，但在相对丰度上未表现出优势，暗示它们可能以低丰度稳定存在于泥炭藓微生物组中。特别值得注意的是，这些共享序列跨越了细菌病毒、真核病毒等不同类群，表明泥炭藓核心病毒组可能具有多界起源的特征。

共享噬菌体样contigs的特征
5条共享DNA病毒contigs均被归类为有尾噬菌体(Caudoviricetes)，但呈现不完整的基因组结构。基因注释发现这些contigs含有与溶原性噬菌体相关的基板结构域(gpVWJ domains)和宿主代谢基因侧翼区。通过比对RefSeq数据库，发现其中4条contigs与醋酸杆菌科基因组中的前噬菌体区域高度相似，1条与酸杆菌科基因组匹配。这些特征表明，这些共享序列可能代表核心细菌宿主基因组中的溶原性噬菌体或退化前噬菌体元件，通过垂直遗传在微生物组中稳定存在。

NCLDV MAGs的发现
通过宏基因组分箱获得3条NCLDV MAGs，分别与Pimascovirales和Asfuvirales目病毒相关。其中MAG-1与前期研究中从同一地点获得的NCLDV MAG(GVMAG-M-3300027807-3)具有98%的平均核苷酸一致性(ANI)，且在全部8个样本中均被检出。转录分析显示这些NCLDV在多个样本中活跃表达包括DNA聚合酶B(PolB)、主要衣壳蛋白(MCP)等标志基因，表明它们可能在泥炭藓微生物组中持续复制。

共享RNA病毒的多样性
9条共享RNA病毒contigs分属6个不同病毒科，包括3条线形病毒门(Mitoviridae)和2条裸病毒科(Narnaviridae)序列，这些病毒通常缺乏衣壳蛋白，以严格胞内方式复制。系统发育分析显示，部分contigs与土壤、藻类相关病毒聚簇，但氨基酸相似度普遍低于30%，可能代表新的病毒谱系。值得注意的是，这些RNA病毒contigs均未在宏基因组中检出，排除了它们作为宿主基因组内源病毒元件的可能性。

该研究首次提出了泥炭藓核心病毒组的概念，揭示了病毒在植物微生物组中长期被忽视的稳定存在。通过整合宏基因组和宏转录组数据，Elizabeth R.Denison等研究人员证明，尽管病毒群落整体呈现高度异质性，但特定噬菌体、NCLDV和RNA病毒可能通过溶原性生活史或严格胞内复制策略，在泥炭藓微生物组中形成稳定的病毒群落。

这些发现具有多重科学意义：在理论上，将"核心微生物组"的概念拓展到病毒领域，为理解多界生物间的长期共生关系提供了新视角；在方法学上，建立了从复杂植物样本中鉴定低丰度病毒序列的标准化流程；在应用层面，由于泥炭藓调控的碳循环对气候变化极为敏感，解析其病毒组的生态功能将有助于预测全球变暖背景下泥炭地碳储存的稳定性。

特别值得关注的是，共享噬菌体样contigs与核心细菌宿主基因组的关联性，暗示病毒可能通过基因水平转移促进微生物组功能可塑性；而NCLDV MAGs的跨年际稳定性，则表明某些巨型病毒谱系可能与泥炭藓形成了长期共进化关系。未来研究需要结合分离培养和单细胞技术，验证这些病毒的宿主范围及其对微生物互作的影响，从而更全面地评估病毒组在泥炭地生态系统中的功能地位。