营养限制条件下病毒侵染细菌细胞（virocell）的资源调控机制及其生态足迹研究

本研究通过多组学（multi-omics）技术揭示磷限制（low-P）条件下两种噬菌体（PSA-HP1/PSA-HS2）侵染海洋异养菌（Pseudoalteromonas）时，virocell（病毒侵染细胞）对核苷酸、氨基酸、脂质和铁代谢的差异化重编程策略，首次提出"氨基酸来源转换假说"，并发现其通过独特胞外代谢物（如多酚类、不饱和烃）塑造环境特异性生态足迹，为病毒-宿主互作在生物地球化学循环中的角色提供新见解。

　　

营养限制下virocell资源调控的分子机制

细胞内virocell对低磷环境的响应

氨基酸合成策略的病毒特异性分化
在磷限制（low-P）条件下，HP1-virocells通过"氨基酸来源转换假说"展现独特代谢适应：早期感染阶段回收宿主氨基酸，晚期（≥60分钟）显著上调85个宿主氨基酸合成基因中≥55%的蛋白表达（z-score>0），但胞内游离氨基酸库仍低于HS2-virocells（log₂FC<-1）。相比之下，HS2-virocells在两种环境中均维持更稳定的氨基酸平衡。这种差异可能与HP1噬菌体密码子与宿主Pseudoalteromonas marina 13-15的匹配度较低有关，导致其需额外合成非宿主偏好性氨基酸。

核苷酸合成的环境依赖性抑制
尽管两种virocells在低磷条件下均持续高表达核糖核苷酸还原酶（nrdA/B）基因（log₂FC>2），但其蛋白产物却显著减少（z-score<0），表明存在转录后调控。这种环境特异性抑制可能反映磷匮乏时核苷酸合成的资源分配优先级变化。

膜脂代谢的病毒特异性重塑

磷脂合成路径的差异化选择
低磷环境触发virocells特异性膜重塑：HS2-virocells将磷脂合成模式从从头合成（de novo）转向回收利用（回收相关基因OE比例从14%升至43%），而HP1-virocells则同时下调两种路径（de novo合成蛋白减少25%）。这种分化策略导致HP1-virocells膜脂总量显著低于HS2-virocells。

膜流动性的环境与病毒协同调控
所有细胞在低磷下均减少饱和磷脂（降低膜刚性），但HP1-virocells表现最显著（较未感染细胞降低30%）。这种极端膜流动性变化可能影响噬菌体侵染效率，如已有研究显示刚性膜会阻碍ΦX174的DNA注入。

铁存储的生态博弈

磷-铁代谢耦合现象
通过铁调节蛋白（Fur）和铁存储蛋白（Bfr）的协同作用，低磷条件下两种virocells均上调铁存储（bfr基因OE）并抑制释放（bfd基因UE），形成1Fe:1P的共存储化学计量比。值得注意的是，HS2-virocells独特地共表达fur-bfr基因簇，显示其对宿主全局调控网络的精细操控能力。

胞外代谢物的生态足迹

应激标志物的病毒特异性释放
低磷HP1-virocells显著提升三类胞外代谢物：多酚类（应激标志物，增加200%）、不饱和烃（与胞内脂质降解相关）和富氧代谢物（O/C比≈0.5）。这些物质可能作为"病毒指纹"改变周边微生物群落：多酚介导种间通讯，烃类为异养菌提供碳源，而氧代谢物类似蓝藻病毒裂解释放的有机硫化合物。

环境依赖的代谢输出
与高磷条件相比，低磷使HS2-virocells优先消耗富磷脂质和富氮肽段，而HP1-virocells产生的独特代谢谱可能解释其在自然环境中与HS2噬菌体的生态位分化。

研究启示与未来方向

该工作首次系统揭示：① 相同宿主对不同噬菌体产生截然不同的代谢重编程策略；② 营养限制通过"资源来源转换"等机制放大病毒间差异；③ 胞外代谢物可作为量化病毒生态影响的分子标记。未来需拓展至慢性感染/溶原态等更广的"病毒侵染连续谱"，并开发代谢组学技术以解析病毒对微生物互作网络的调控。